DE1948961B2

DE1948961B2 - Beugungsgitter

Info

Publication number: DE1948961B2
Application number: DE19691948961
Authority: DE
Inventors: Jean Chatenay Maralbry; Labeyrie Antoine Gif-Sur-Yvette; Pieuchard Guy St-Cyr-L'Ecole; Flamand (Frankreich)
Original assignee: Ausscheidung in: 19 67 039 A. Jobin & G. Yvon, Arcueil (Frankreich)
Priority date: 1969-03-26
Filing date: 1969-09-27
Publication date: 1976-10-14
Also published as: GB1290184A; FR2036613A5; DE1948961A1; US3628849A; DE1967039A1

Description

Die Frlindung bezieht sich auf ein streng siigmatisches Beugungsgitter gemäß Oberbegriff des Anspniches 1. Aus der Zeitschrift »Optik«. Bd. 15, Heft 21 5. H)8. S. 127-131. ist es bekannt, daß plane optische Beugungsgitter durch die photograpliische Aufzeichnung von Inierlerenz-Streifen hergestellt werden können. Weiter ist aus der Zeitschrift »Optica Acta«. Bd. 8. 1961. S. 73 - 80. eine Vorrichtung bekannt, mit der plane Beugungsgitter in der Weise erzeugt werden können, daß die Gittersirieh-Absuinde stufenlos verändert werden können. Zur Herstellung von Beugungsgittern ist ferner aus der Zeitschrift »Rev. Sei. |.«. VoI 38. 1%7, S. 4 38-440. ein holographisches Verfahren bekannt, welches in seinen Grundzügen darin besteht, auf eine empfindliche Schicht, die auf die Tri'gerfläche. »eiche die Striche tragen soll, aufgebracht ist. mit einer l.iehtenergie einzuwirken, die in den Interfcrenz-Strei-• en /weier l.ichlbündel konzentriert ist. die aus zwei kohärenten Quellen stammen, worauf diese Streifen tntwickelt werden, um als Gitterstriche wirkende I iirchen zu erzeugen. Auch dieses seit einigen Jyhren bekannte Verfahren ist bis jelzt nur angewendet wurden, um ebene Gitter mit Strichen im gleichen 'Xljstand herzustellen, wobei eine empfindliche, verhältnismäßig dicke Schicht in der Größenordnung von 10 u benutzt wird.

■Xus der GB-PS 8 74 4h2 isi zur Herstellung von !!cugungsgittern die Verwendung eines »photosensitive resist material« bekannt, das /. Ii. Bichromat-Gelatine sein kann. Das verwendete Material wird auch als Phi riii Resisi Material bezeichne!. Die Druckschrift PK-IVS I-> Ί4 2h7 zeigt schließlich em Iniei ieienz-Yerfiiri'C'i zu· Herstellung \wn Gittern oder Zoneuplaiten 1Γ1 der V\ eise, daß emc Intel icreu/-i'igii, liuieli Überlagerung einer Planwellc mi; einei Kuge-mcllc crxicr zweiei Kugelwellen erzeugt wird. Die tür die Interferenz I igur vorgesehene Trägcriläche kann in diesem I all auch konvex oder konkav sein oder eine Kombination dieser Formen bilden.

In dei Praxis ergeben sich bei Ausnutzung des bekannten Standes der Technik Schwierigkeiten dadurch daß für die kohärenten Lichtquellen ein Laser verwendet wird, der in den praktisch nutzbaren Ausführungen Licht mit einer Wellenlange aus einem beschränkten Bereich, nämlich 6328 A-4545 A liefert. Die für die Herstellung der Gitter ve-wendbaren lichtempfindlichen Harze sind Jm_-allgemeinen jedoch nur unterhalb von etwa 5000 A empfindlich. Der praktisch brauchbare Bereich derartiger Gitter wird ,o damit auf etwa 5145 Ä-4545 Ä beschränkt. Sieht man von gewissen Laboratoriums-Anordnungen ab. die für die industrielle Fertigung nicht verwendbar sind, so bedeutet das, daß aufgrund der benutzten Laser-Wellen-Länge nur beschiänkt verwendbare Gitter herge-,s stellt werden können, aber nicht z.B. solche, die tür ' Spektrographen ber.utzt werden könnten, in denen mit einer Wellen-Länge von 2500 Λ gearbeitet werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, em Iuι industrielle Zwecke brauchbares Verfahren zu schaffen, -o das die Herstellung eines z. B. für Spektrographen geeigneten Gitters in der Weise ermöglicht, daß die für die Hei stellung des Gitters benutzte I.aser-Wellen-Län gen von den Wellen-Längen verschieden scm können. die bei der späteren Verwendung des Gitters. / B. in \s einem Spektrographen. auftreten.

Dies-: Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch definierte Erfindung gelöst.

Durch entsprechende Anordnung der Lichtquellen im Zusammenhang mit der Verwendung einer Kugelschalenfläche ergeben sich Gitter, die außerordentlich günstige stigmatische Eigenschaften lür Wellen Langen aufweisen, die von denen des für die Herstellung benutzten Lasers verschieden sind.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die v; Zeichnungen anhand von mehreren Beispielen erläutert. Es zeigt

F ie. I eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung eincsHerstellungsschrittes für das erfindungsgemäße Gilter.

F it· 2 cmc Anordnung zur Herstellung eines bestimmten (Jitters in vereinfachter Darstellung.

Fig. 3. 4 und 5 schematische Darstellungen zur Erläuterung von nach F i g. 2 hergestellten Gittern und

F ι g. 6 eine weitere Ausführungsform des erfindungs-4s gemäßen Cutters.

Im folgenden wird als »empfindliche Fläche« die Fläche des Trägers bezeichnet, welche die Gitterstriche tragensoll.

In Fig. 1 ist für ein erfindungsgemäßes Gitter su schematisch die Hcrstellungsanordnung dargestellt.

Die empfindliehe Fläche wird von einem optischen Schliff eines Trägers 5 gebildet, der z. B. aus Glas oder aus einem Silikat besteht. Die empfindliche Fläche ist konkav und hat die Form einer Kugelschale. Aul der ss empfindlichen Fläche ist gleichmäßig eine Lösung eines photopolymerisierbaren Harzes aufgebracht, welches nach Verdampfung des Lösungsmittels auf dem Träger eine I larzschicht 2 mit konstanter Dicke hinterläßt. /. B. einer Dicke von 1.5 Mikron. Zum Beispiel kann ein Harz ■ .'.. com Tvp »Photoresist« verwendet werden, das zur Photogravüre benutzt wird.

■XuΓ diese Schicht /' läßt man zwei Strahlen Kohärenten Lu hies Σί' und ΣΙ) lauen, die an zwei i'unkten ( und D austreten und von einem Laser 's erzeugt worden sind,- wobei solche Bedingungen eingehalten werden, daß die Interferenzflächen der beiden Wellen die llarzschicht schneiden und die Lichtenergie, die auf diesen !lachen konzentriert ist. die

Polymerisation des Harzes an der Schnittstelle hervorruft.

Anschließend läßt man ein Lösungsmittel einwirken. Um wahlweise entweder das polyrnerisierte Harz oder das nichtpolymerisierte Harz aufzulösen und dadurch die Gitterstriche erscheinen zu lassen.

Falls ein Reflexionsgitter hergestellt werden seil, wird die Gitteriläche anschließend im Vakuum metallisiert, wie an sich bekannt ist.

Nachfolgend werden verschiedene Beispiele für ι j industriell herstellbare erfindungsgemäße Beugungsgitter beschrieben.

Beispiel 1

Das Gitter ist besonders dadurch gekennzeichnet, is daß die gleichphasigen Flächen, die die Gitterstriche auf der empfindlichen Fläche erzeugen, Hyperboloide sind, »lic als Orte eier Maxima der Ltchiinienshät bei der Interferenz von zwei Bündeln erhalten werden, die au-, jrwei piHikiförmigen, in den Brennpunkten tier Ikperboloide gelegenen Quellen stammen.

Die empfindliche Fläche des Trägers hat die Form einer Kugelschale, wobei einer der erwähnten Brenn punkie im Krümmungsniittelpunkt der kugelschale liegt. ^

Die I ι g. 2 zeigt vereinfacht eine Anordnung zur Herstellung des Gitters mit den beulen Quellen ( und I). Die Quelle D liegt im Krümmungsmittelpun'.t der Kugelschale, welche die empfindliche fläche des Giners .S'bildet. Die gestrichelten Linien sind die Schnittlinien \o der Hspcrboloide mit den Brennpunkten C und Din der libelle der Figur.

F i g. J veranschaulicht weitere Eigenschaften eines •Gitters nach F i g. 2.

Falls in den Krümmungsmittelpunki I) der Kugel- is schale eine polychromatischc Quelle 4 gestellt wird, erhält man an der Stelle C". an der sich bei der Herstellung des Gitters die Quelle ("befinden würde, ein genau gezeichnetes Bild der Quelle 4 für die Strahlen mil der Wellenlänge λο/λ. wobei A₀ die für die beiden IZrzeugcrstrahlcn des Gitters benutzte Wellenlänge und /keine ganze Zahl ist.

Falls überdies der Punkt C" betrachtet wird, der konjugiert harmonisch zu Cmit Bezug auf die Luden P und Q des durch den Punkt C gehenden Durchmessers der Kugel (G) ist, die die Erzeugende der Kugelschale ist, so ergibt sich ein harmonisches Verhältnis

PC' _ QC"

PC ~ QC ~ '"'

/7; ist hierbei eine ganze Zahl oder ein Bruch. In C -Tgibt sich ein genau Stigmatisches oder punkimaliig genaues Bild der Quelle 4 für die Strahlen mit der Wellenlänge A₀/ k.

Wird dagegen die zu analysierende Quelle A in den Punkt C gesetzt, erhält man in I) ein genau stigmatisches Bild der Quelle A für die Strahlen mn der Wellenlänge Ao''ir. Im Punkt ( erhall man durch \11iokollimation ein genau Stigmatisches Bild der Quelle ■\ für die Strahlen mit der Wellenlänge 2/.„κ und im t'iinki c ein genau stigmatischcs Bild der Quelle 4 1 tu lic Strahlen mit der Weilenlänge (1 +/;ι)λ₍) uiki ; 1 + /;;)/.,)/ k.

Weiter kann die zu analysierende Quelle A im l'unki f' angeordnet werden. Dann erscheint im Punkt i) ein

45 genau Stigmatisches Bild der Quelle für die Strahlen mii der Wellenlänge Γηλο/k und im Punkt (" ein genau siigmatisches Bild der Quelle für die Strahlen der Wellenlänge (1 + m)Aound(l +/Ji)Ai₁ZA.

Beispiel 2

Das Gitter ist eine Abwandluiigsform des Gitters nach Beispiel 1 aufgrund der Tatsache, daß diejenige der Punktquellen, die sich nicht im Krümmungsmitielpunkt der Kugelschale befindet, nicht in einem beliebigen Punkt, sondern auf dem Rowland-Kreis des Cutters liegt. d. h. auf dem Kreis, der in einer Ebene normal zur Richtung der Striche liegt und durch die Achse der Kugelschale hindurchgehl, welche die Striche trägt und deren Durchmesser gleich dem Kriimmungsstr.ihl des Cjiiters ist.

In F i g. 4 bezeichnet D den On des Kriiinmungsmit- !elpunkies der Kugelschale des Gitters S. C' bezeichnet den Ort. an dem sich die zweite Quelle ties Gitters hei dessen Herstellung befindet und der auf dem Rovvlai·.! Kreis (i\t)\\cg\, der in gestrichelter Linie dargestellt ist.

Falls bei einem solchen Gitter eine Quelle 4 in Jen Punkt D' gebracht wird, zusätzlich zu den bereu·- im Beispiel 1 erwähnten Bedingungen, ergibt sieh. d.-.H der Ort der tangenticllcn Brennflächen der Quelle 4 Mr die verschiedenen Wellenlängen der Rowland-Krcis ist. wobei die tangentialen Bilder völlig Irei vom Koni,ι sind. Der Ort der entsprechenden Sagittalen Brennfläche!! ist die Sehne CD', fis treten demnach punkilormige Abbildungen in C" und I)' auf. im Gegensatz zu bekannten Gittern. Auch ist zwischen diesen beiden Punkten der Astigmatismus geringer als bei einem üblichen Gitter.

Beispiel i

Bei diesem Gitter ist die nicht im Kriimmungsmittel punkt tier Kugelschale befindliche Quelle auf der die Kugelschale erzeugenden Kugel G angeordnet. Wird bei diesem Gitter (siehe F" i g. 5) eine zu analysierende Quelle 4 in den Mittelpunkt D' der die Kugelschale erzeugenden Kugel G oder in Autokollimation in den Punkt C" auf der Kugel gesetzt, erhält man in C ein genau Stigmatisches Bild der Quelle 4 für die Strahlen mit der Wellenlänge XoIk oder 2Ao/A. Außerdem bleibt der Astigmatismus und das Koma für tue zu C benachbarten Punkte gleich Null.

Beispiel 4

Lm Gitter (siehe F i g. b) kann auf einem Träger in Form einer Kugelschale hergestellt werden, dadurch. daß eine Interferenzfigur zweier kohärenter Bündel erzeugt wird, die aus zwei punktlörmigen Quellen kinimen, von denen die eine im Unendlichen und die andere im Krümmungsmittelpunkt der Schale liegt. Dabei sind die gleichphasigen Flächen Rotationsparaboloide, deren Schnitt mit der Schale die Giiierstriehe bildet. In F i g. 6 sind ("und D' die One. welche die beiden punkil'örmigcn Quellen einnehmen, nämlich den Ki unimungsmittclpunkt der Kugelschale und einen Oi im Unendlichen in einer Richtung, die cmc:! Winkel \ mn der Achse der Kugelschale bildet.

IaIIs sich eine zu analysierende Quelle .4 in /> befindet, erhalt man m ("ein genau sugmatisch.es Bik: der Quelle A für die Strahlen mit der Wellenlange /.„. k und in der Nachbarschaft von (ein Bild, da^ Irei von Astigmatismus und Koma ist.

Hierzu 1 Biai -'cichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Streng Stigmatisches Beugungsgitter für wenigstens eine der Wellenlängen kalk. 2kjk. inku/k. (I + mfi,>/k. (1+H))A(I, wo /7) eine nicht negative ganze Zahl oder ein nicht negativer Bruch und k die Beugungsordnung des Gitters ist. dessen Striche im Schnitt einer Fläche mit einer Interferenzfigur liegen, die von zwei aus zwei kohärenten Lichtquellen stammenden Strahlenbündel der Wellenlänge Ao erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche die Form einer Kugelschale hat und eine der Quellen im Krümmungsmittelpunkt dieser Kugcischale liegt und daß die andere Quelle in einem Abstand von R/m von diesem Krümmungsmittelpunkt liegt, wobei Rder Krümmungsradius ist.

2. Gitter nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß /77den Wert I hat.

3. Gitter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß mden Wert Null hat.

4. Gitter nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die andere Quelle auf dem Row land-Kreis des Gitters liegt.