DE2456560C3 - Beugungsgitter mit veränderlicher Gitterkonstante - Google Patents
Beugungsgitter mit veränderlicher GitterkonstanteInfo
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Description
45
Die Erfindung betrifft ein Beugungsgitter, das an einem zu piezoelektrischer Wirkung fähigen Träger
angebracht ist, bei dem zwei einander abgewandte Flächen mit elektrisch leitenden Armaluren versehen
sind, wobei durch Anlegen einer veränderlichen Spannung zwischen diesen Armaturen ein elektrisches
Feld veränderlicher Stärke erzeugt wird, das durch piezoelektrische Wirkung eine entsprechende Veränderung
der Gitterkonstanten hervorruft.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, ein Beugungsgitter und ein piezoelektrisches Element miteinander zu
einer Vorrichtung zu verbinden, die einen Modulator bildet und einen piezoelektrischen Kristall aufweist,
wobei an einer spiegelnden Fläche des Kristalls ein Beugungsgitter eingeschnitten ist und der Kristall mit
Hilfe von zwei Elektroden erregt wird, die an zwei andere Flächen des Kristalls angelegt sind, welche
einander abgewandt sind und auf der eingeschnittenen bzw. gravierten Fläche senkrecht stehen. Diese ältere
Vorrichtung dient dazu, die charakteristische Konstante des Beugungsgitters um einen Mittelwert schwingen zu
lassen, wobei die Modulation des Intervalls zwischen den Gitterstrichen eine entsprechende Modulation
eines durch das Beugungsgitter abgebeugten Lictitbündels
hervorruft
Zur Erregung des Kristalls dieser älteren Vorrichtung ist die Anwendung einer sehr hohen elektrischen
Spannung in der Größenordnung von 10 000 V erforderlich.
Wenn eine solche Vorrichtung auch als Modulator für bestimmte Zwecke geeignet sein kann, so ist sie es nicht
als handelsübliche Vorrichtung zum Verändern der Konstanten eines Beugungsgitters für Anwendungsfälle,
die sehr unterschiedlich sein können, da sie eine elektrische Spannung erfordert, die nicht allgemein zur
Verfugung steht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Beugungsgitter der eingangs beschriebenen Gattung zu
schaffen, bei dem die Veränderung der Gitterkonstanten mit einer niedrigen elektrischen Spannung von
beispielsweise 300 V erzielbar ist
Diese Aufgabe ist bei einem Beugungsgitter der genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
das Gitter an einer der genannten zwei Flächen des Trägers angebracht ist, d. h. an einer der Flächen des
Trägers, die eine der Armaturen trägt, mit denen das Gitter erregt wird.
Das Gitter läßt sich durch direktes Gravieren einer Fläche des Trägers herstellen, jedoch wird die
Ausbildung des Gitters in einer an einer Fläche des Trägers angebrachten Schicht bevorzugt
Diese Schicht ist beispielsweise eine Aluminiumbeschichtung oder eine andere metallische Auflage, die
ebenfalls eine der Armaturen bildet und in der das Gitter durch Gravieren hergestellt wird.
Eine abgewandelte Ausbildungsform weist eine Schicht aus photopolymerisierbarem Harz oder aus
einem anderen lichtempfindlichen Material auf, in der das Gitter nach einem an sich bekannten holographischen
Verfahren ausgebildet ist.
Dieses Gitter kann eine Gitterkopie sein.
Die Armatur, die an derselben Fläche des Trägers angebracht ist wie das Gitter, kann das Gitter selbst sein
oder eine metallische Auflage.
Die Erfindung bietet Vorteile für alle Anwendungsfälle der Beugungsgitter, wo es nützlich sein kann, die
Gitterkonstante zu verändern, beispielsweise bei Verwendung als Deflektor, Kuppler bzw. Schalter, Modulator,
Analysator.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit
weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 einen Schnitt durch ein Beugungsgitter in einer erfindungsgemäßen Ausbildungsform,
F i g. 2 einen Schnitt durch ein Beugungstitter in einer anderen Ausbildungsform nach der Erfindung,
F i g. 3 eine schematisierte Darstellung einer Gitteraufstellung bei Benutzung des Beugungsgitters als
Deflektor, und
F i g. 4 bis 6 Kurvendiagramme über die Änderung des Ablenkungswinkels als Funktion der Veränderung
der Gitterkonstanten mit einer Gitteraufstellung wie in Fig. 3 dargestellt, für die Einfallswinkel 75°, 82,5° und
90°.
Der in F i g. 1 dargestellte Träger ist von einer piezoelektrisch wirkenden dünnen Platte oder Lamelle
1 gebildet, die an einer ihrer Hauptflächen la eine elektrisch leitende Auflage 2 aufweist. An der
gegenüberliegenden Hauptfläche \b des piezoelektrischen Materials 1 ist eine elektrisch leitende und
reflektierende metallische Schicht 3 angebracht, deren
freie Fläche durch mechanische Behandlung in ein Gitter 4 umgestaltet wurde.
Fi g. 2 zeigt eine abgewandelte Ausbildungsform, bei
der an der Hauptfläche Ib des Kristalls 1 ein photopolymerisierbares Harz 5 aufgetragen ist, an
dessen freier Fläche nach einem holographischen Verfahren ein Gitter 6 ausgebildet wurde. An dieser
freien Fläche ist eine reflektierende und elektrisch leitende metallische Auflage 7 angebracht
Bei dem einen wie beim anderen Ausführungsbeispiel genügt JS zur Veränderung der Gitterkonstanten, wenn
eine veränderliche Spannung in der Größenordnung von 300 V beispielsweise zwischen den von den beiden
elektrisch leitenden Auflagen gebildeten Armaturen angelegt wird. Dies läßt sich mit beliebigen Mitteln
erreichen, z. B. mit den Vorrichtungen, die zur Erzeugung von Ultraschall mittels piezoelektrischen
Kristallen benutzt werden. In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Erregung des Kristalls durch einen
einfachen Block 8 und elektrische Leiter 9 und 10 schematisiert dargestellt.
Fig.3 zeigt einen Anwendungsfall, bei dem ein
Beugungsgitter, wie das in F i g. 1 dargestellte, zur kontinuierlichen oder diskreten Ablenkung eines hochfrequenten
Lichtbündels eingesetzt ist, wobei das Beugungsgitter beispielsweise in einem solchen Anwendungsfall
eine sehr schwache Veränderung der Wellenlänge eines Laserstrahlbündels gestattet.
Ein Beugungsgitter 11 ist so angeordnet, daß ein einfallender Laserstrahl 12 am Beugungsgitter unter
einem Einfallswinkel α von nahe zwischen 70 und 90°, vorzugsweise von nahe 90° auftrifft. Der abgebeugte
Strahl bildet mit der Normalen /Vzur Gitterebene einen
Winkel«', so daß
a (sin λ + sin«) =kX,
worin a die Gitterkonstante ist.
Einer relaciven Veränderung der Gitterkonstanten
35 von -" durch piezoelektrische Wirkung entspricht eine Ablenkung der abgebeugten Ordnungen von
(sin \ + sin α') da
(sin \ + sin α') da
COS
Die relative Veränderung ist eine Charakteristik, die nur von der Qualität der piezoelektrischen Wirkung
abhängig ist, und die Ablenkung ist Jim so stärker, je
größer der Term
sin λ + sin \
cos \'
cos \'
also je mehr sich λ' 90° nähert.
Zur Erzielung einer maximalen Ablenkung benutzt man in der Praxis vorzugsweise austretende Strahlen,
die einen Winkel nahe 90° bilden.
In Fig.4 bis 6 sind als Beispiel drei Kurven eingetragen, die die Veränderung des Ablenkungswinkels
κ' als Funktion der Veränderung der Gitterkonstanten
λ eines mit einer Wellenlänge von 6328 A in der ersten Ordnung arbeitenden Beugungsgitters zeigen.
Die Einfallswinkel κ betragen beim Beispiel der Fi g. 6
90°, 82,5° (F i g. 5) bzw. 75° (F i g. 4), bei Beugungswinkeln der gleichen Größenordnung. Die Veränderung der
Gitterkonstanten des Beugungsgitters wird hervorgerufen durch eine Änderung der Intensität bzw. Stärke des
elektrischen Feldes, in dem der piezoelektrische Träger angeordnet ist. Um ein Platzen oder Brechen der
Keramik zu verhüten, wird diese Veränderung auf die Kurvenabschnitte A-A' beschränkt.
Die Abmessungen des Beugungsgitters können beliebig gewählt sein. Bei diesem Beispiel wird eine
dünne Platte oder Lamelle aus Keramik PTZ 5H mit einer Dicke von 1 mm und einem Durchmesser von
25 mm benutzt. Die Gitterkonstante beträgt 600 Striche/mm, und man arbeitet in der fünften Ordnung.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Beugungsgitter, das an einem zu piezoelektrischer Wirkung fähigen Träger angebracht ist, bei
dem zwei einander abgewandte Flächen mit elektrisch leitenden Armaturen versehen sind, wobei
durch Anlegen einer veränderlichen Spannung zwischen diese Armaturen ein elektrisches Feld
veränderlicher Stärke erzeugt wird, das durch piezoelektrische Wirkung eine entsprechende Veränderung
der Gitterkonstanten he;vorruft, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gitter (4; 6) an einer (linder genannten zwei Flächen (la, lindes
Trägers (1) angebracht ist
2. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (4; 6) in einer Schicht
(3;5) ausgebildet ist, die an einer (linder genannten
zwei Flächen (la, ltyaufgebracht ist.
3. Beugungsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) eine metallische
Auflage ist, die eine der genannten Armaturen bildet und in die das Gitter (4) eingraviert ist.
4. Beugungsgitter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) aus photopolymerisierbarem
Harz besteht.
5. Beugungsgitter nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (6) mit einer
metallischen Auflage (7) überdeckt ist, die eine der genannten Armaturen bildet.
6. Beugungsgitter nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Armaturen durch eine metallische Auflage (2) gebildet ist, die auf
der Fläche (\a) des Tragers (1) aufgetragen ist, welche der das, Gitter (4; 6) tragenden Fläche (Ib)
abgewandt ist.
7. Eleugungsginer nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Armaturen (23; 2,7) über elektrisch leitende Verbindungen (9,10) an
eine Quelle (8) elektrischer Energie angeschlossen sind.
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