DE2456560A1

DE2456560A1 - Beugungsgitter mit veraenderlicher gitterkonstante

Info

Publication number: DE2456560A1
Application number: DE19742456560
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Laude; Guy Pieuchard
Original assignee: Jobin & Yvon; JOBIN-YVON
Current assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Priority date: 1973-11-29
Filing date: 1974-11-29
Publication date: 1975-06-05
Also published as: FR2271586B1; DE2456560C3; FR2271586A1; US3942048A; JPS5090350A; DE2456560B2; JPS599884B2; GB1481528A

Description

Beugungsgitter mit veränderlicher Gitterkonstante

Die Erfindung betrifft ein 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 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,

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wobei die Modulation des Intervalls zwischen den Gitterstrichen eine entsprechende Modulation eines durch das Beugungsgitter abgebeugten Lichtbündeis 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 Verfügung 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.

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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 sehematischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Beugungsgitter in einer erfindungsgemäßen Ausbildungsform,

Fig. 2 einen Schnitt durch ein Beugungsgitter in einer anderen Ausbildungsform nach der Erfindung,

Fig. 3 eine schematisierte Darstellung einer Gitteraufstellung bei Benutzung des Beugunsgitters als Deflektor, und

Fig. 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°.

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Der in Fig. 1 dargestellte Träger ist von einer piezoelektrisch wirkenden dünnen Platte oder Lamelle 1 gebildet, die an einer ihrer Hauptflachen 1a eine elektrisch leitende Auflage 2 aufweist. An der gagenüberliegenden Hauptfläche 1b 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.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausbildungsform, bei der an der Hauptfläche 1b 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 es 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 Fig. 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.

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Ein Beugungsgitter 11 ist so angeordnet, daß ein einfallender Laserstrahl 12 am Beugungsgitter unter einem Einfallswinkel of von nahe zwischen 70 und 90 , vorzugsweise von nahe 90° auftrifft. Der abgebeugte Strahl bildet mit der Normalen N zur Gitterebene einen Winkel «*' , so daß

a (sinot + sin et' ) = k Λ , worin a die Gitterkonstante ist.

da Einer relativen Veränderung der Gitterkonstanten von —-—

durch piezoelektrische Wirkung entspricht eine Ablenkung der abgebeugten Ordnungen von

(sin «rf. + sin <*' ) da

d ot/ = -

cos * a

Die relative Veränderung ist eine Charakteristik, die nur von der Qualität der piezoelektrischen Wirkung abhängig ist, und die Ablenkung ist umso stärker, je größer der Term , also je mehr sich *' 90⁰ nähert.

CO S ⁰^

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 «*' als Punktion der Veränderung der Gitterkonstanten a eines mit einer Wellenlänge von 6328 1 in der ersten Ordnung arbeitenden Beugungsgitters zeigen. Die Einfallswinkel «■ betragen beim Beispiel der Fig. 6 90°, 82,5° (Pig. 5) bzw. 75° (Pig. 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-A¹ beschränkt.

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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.

/Ansprüche

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Claims

fΟ

Ο Beugungsgitter, das an einem zu piezoelektrischer Wirkung fälligen 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 hervorruft, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das Gitter (4;6) an einer (1b) der genannten zwei Flächen (1a, 1b) des Trägers, (1) angebracht ist.
2. Beugungsgitter nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ~ ζ eich η e t, daß das Gitter (4;6) in einer Schicht (3;5) ausgebildet ist, die an einer (1b) der genannten zwei Flächen (ta,1b) aufgebracht 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 g e k e η η ζ e i c h η e t, daß die Schicht (5) aus photopolymerisierbarem Harz besteht.
5. Beugungsgitter nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch

g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das Gitter (6) mit einer metallischen Auflage (7) überdeckt ist, die eine der , genannten Armaturen bildet.

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6. Beugungsgitter nach einem der Ansprüche 1 Ms 5»

dadurch gekennzeichnet, daß eine der Armaturen durch eine metallische Auflage (2) gebildet ist, die auf der Fläche (1a) des Trägers (1) aufgetragen ist, welche der das Gitter (4;6) tragenden Fläche (1b) abgewandt ist.
7. Beugungsgitter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Armaturen (2,3» 2,7) über elektrisch leitende Verbindungen (9>10) an eine Quelle (8) elektrischer Energie angeschlossen sind.

B .0 9 8 2 3 / 0 8 6 B

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