Una rejilla de echelle (del francés échelle , que significa "escalera") es un tipo de rejilla de difracción que se caracteriza por una densidad de ranuras relativamente baja, pero una forma de ranura que está optimizada para su uso en ángulos de incidencia altos y, por lo tanto, en órdenes de difracción altos . Los órdenes de difracción más altos permiten una mayor dispersión (espaciamiento) de las características espectrales en el detector, lo que permite una mayor diferenciación de estas características. Las rejillas de echelle se utilizan, como otros tipos de rejillas de difracción, en espectrómetros e instrumentos similares. Son más útiles en espectrógrafos de alta resolución de dispersión cruzada, como HARPS , PARAS y muchos otros instrumentos astronómicos.
El concepto de rejilla de rayas gruesas utilizada en ángulos rasantes fue descubierto por Albert Michelson en 1898 [1] , donde se refirió a ella como "escalón". Sin embargo, no fue hasta 1923 que los espectrómetros de escalón comenzaron a adoptar su forma característica, en la que la rejilla de alta resolución se utiliza en tándem con una rejilla cruzada de baja dispersión. Esta configuración fue inventada por Nagaoka y Mishima [2] y se ha utilizado en un diseño similar desde entonces.
Al igual que con otras rejillas de difracción, la rejilla de echelle consiste conceptualmente en una serie de ranuras con anchos cercanos a la longitud de onda de la luz difractada. La luz de una sola longitud de onda en una rejilla estándar con incidencia normal se difracta hacia el orden cero central y los sucesivos órdenes superiores en ángulos específicos, definidos por la relación densidad de la rejilla/longitud de onda y el orden seleccionado. El espaciamiento angular entre los órdenes superiores disminuye monótonamente y los órdenes superiores pueden acercarse mucho entre sí, mientras que los inferiores están bien separados. La intensidad del patrón de difracción se puede alterar inclinando la rejilla. Con rejillas reflectantes (donde los agujeros se reemplazan por una superficie altamente reflectante), la parte reflectante se puede inclinar (hacer brillar) para dispersar la mayoría de la luz en la dirección de interés preferida (y en un orden de difracción específico). Para múltiples longitudes de onda es cierto lo mismo; sin embargo, en ese caso es posible que las longitudes de onda más largas de un orden superior se superpongan con el siguiente orden o los siguientes de una longitud de onda más corta, lo que suele ser un efecto secundario no deseado.
En las rejillas de echelle, sin embargo, este comportamiento se utiliza deliberadamente y el haz se optimiza para múltiples órdenes superiores superpuestos. Dado que esta superposición no es directamente útil, se inserta un segundo elemento dispersivo ( rejilla o prisma ) montado perpendicularmente como un "separador de orden" o "dispersor cruzado" en la trayectoria del haz. Por lo tanto, el espectro consiste en franjas con rangos de longitud de onda diferentes, pero ligeramente superpuestos, que recorren el plano de imagen en un patrón oblicuo. Es exactamente este comportamiento el que ayuda a superar los problemas de imagen con dispositivos espectroscópicos de banda ancha y alta resolución, como en el uso de matrices de detección lineales extremadamente largas, o un fuerte desenfoque u otras aberraciones , y hace factible el uso de matrices de detección 2D fácilmente disponibles, lo que reduce los tiempos de medición y mejora la eficiencia.