DE2456560B2

DE2456560B2 - Beugungsgitter mit veränderlicher Gitterkonstante

Info

Publication number: DE2456560B2
Application number: DE2456560A
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Ballainvilliers Laude; Guy Fontenay Le Fleury Pieuchard
Original assignee: JOBIN-YVON LONGJUMEAU (FRANKREICH)
Current assignee: Horiba Jobin Yvon SAS
Priority date: 1973-11-29
Filing date: 1974-11-29
Publication date: 1980-03-27
Also published as: FR2271586B1; DE2456560C3; JPS5090350A; JPS599884B2; FR2271586A1; GB1481528A; DE2456560A1; US3942048A

Description

Die (Erfindung betrifft ein Beugungsgitter, das an einem /u piezoelektrischer Wirkung fähigen Träger angebracht ist. bei dem zwei einander abgcwancltc flächen mit elektrisch leitenden Armaluren verschen sind, wobei durch Anlegen einer veränderlichen Spannung zwischen diesen Armaturen ein elektrisches leid veränderlicher Stärke erzeugt wird, das durch piezoelektrische Wirkung eine entsprechende Veränderung der Gilterkonstanten hervorruft.

Es ist bereils vorgeschlagen worden, ein Beugungsgitter und ein piezoelektrisches Element miteinander zu einer Vorrichtung zu verbinden, die einen Modulator bildet und einen piezoelektrischen Krislall aufweist, wobei an einer spiegelnden Fläche des Kristalls ein Beugungsgitter eingesehnilten ist und der Krislall 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 Millclwerl schwingen zu lassen, wobei die Modulation des Intervall:, zwischen den Cjiii'jrstrichen eine entsprechende Modulation eines durch das Beugungsgitter abgebeugten Lichtbündels 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 ι ο 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 ι. 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 jo 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 Aluminiumbejn Schichtung 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 η einem anderen lichtempfindlichen Material auf, in der das Gitter nach einem an sich bekannten holographischen Verfahren ausgebildet ist.

Dieses Gitter kann eine Gittckopie sein.

Die Armatur, die an derselbe; Fläche des Trägers in angebracht ist wie das Gitter, kann das Giticr selbst sein oder eine metallische Auflage.

Die Erfindung bielel Vorteile für alle Anwcndungsfäl-Ic der Beugungsgitter, wo es nützlich sein kann, die Gitterkonstanie zu verändern, beispielsweise bei Vcrii wendung als Deflcktor, Kuppler bzw. Schalter, Modulator, Analysator.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schemaiischer Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele mil wcilcrcn Einzelheiten erläutert. In der Zeichnung zeigt
Vi F i g. 1 einen Schnitt durch ein Beugungsgitter in einer erfindungsgemäßen Ausbildungsform,

Fi g. 2 einen Schnitt durch ein ßeugungsliiicr in einer anderen Ausbildungsform nach der Erfindung,

fig. J eine schematisierte Darstellung einer (iiiter- ·,·. aufsicllung bei Benutzung des Beugungsgitters als Dcflektor, und

Fig. 4 bis b Kurvendiagramme über die Änderung

des Ablenkungswinkels als Funktion der Veränderung der Gitterkonslanien mit einer (iilleraufslellung wie in

„,ι Fig. J diirgestelll, für die Einfallswinkel 75", H2,T und 90".

Der in F i g. I dargestellte Träger ist von einer piezoelektrisch wirkenden dünnen Platte oder l.umcllc I gebildet, die an einer ihrer llauptfliichen I·/ eine _h, elektrisch leitende Auflage 2 aufweist. An der gegenüberliegenden lliiuptflächc \b des piezoelektrischen Materials I ist eine elektrisch leitende und reflektierende metallische Schicht 1 angebracht, deren

freie Fläche durch mechanische Behandlung in ein Gitter 4 umgestaltet wurde.

F i g, 2 zeigt eine abgewandelte Ausbildungsform, bei der an der Hauptfläche \b 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, uei 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 Laserstrahibündcls gestattet.

Ein Beugungsgitter 11 ist so angeordnet, daß ein einfallender Laserstrahl 12 am Beugungsgitter unter einem Einfallswinkel /x von nahe zwischen 70 und 90°. vorzugsweise von nahe 90" aufirifft. Der abgebeugte Strahl bildet mit der Normalen Λ/zur Giticrcbene einen WinkeU'.sodaß

α (sin ix + sinix) =kk,

worin ,/die Gitlcrkonstanlc ist.

Einer relativen Veränderung der Gilterkonstanten von—'durch piezoelektrische Wirkung entspricht eine Ablenkung der abgebeugten Ordnungen von

(sin \ + sin »') du
cos χ'

Die relative Veränderung ist eine Charakteristik, die nur von der Qualität der piezoelektrischen Wirkung in abhängig ist, und die Ablenkung ist um so stärker, je größer der Term

sin χ + sin \

cos \

also je mehr sich λ' 90° nähert.

Zur Erzielung einer maximalen Ablenkung benutzt man in der Praxis vorzugsweise austretende Strahlen, die einer Winkel nahe 90" bilden.

In Fig.4 bis 6 sind als B .'spiel drei Kurven eingetragen, die die Veränderung aer Ablenkungswinkels λ' als Funktion der Veränderung der Giuerkonstanten α eines mit einer Wellenlänge von 6323 Ä in der ersten Ordnung arbeitenden Beugungsgitters /eigen. Die rinfallswinkel λ betragen beim Beispiel der F i g. 6 90°, 82,5° (Fig. 5) bzw. 75⁼ (F ig. 4), bei Beugungswinkeln der gleichen Größenordnung. Die Veränderung der Gitterkonstanten des Beugungsgitters wird hervorgerufen durch eine Änderung der Intensiiät 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 belügt b00 Striche/mm, und man arbeitet in der fünften Ordnung.

liier/u 2 IJImII

Claims

Patentansprüche:

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 hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (4; 6) an einer(lty der 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, 1 Raufgebracht 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 phoiopolymerisierbarem Harz besteht.

5. Beugungsgitter nach Anspruch I, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (6) mit einer metallischen Auflage (7) überdeckt ist, die eine der genannten Armaturen bildet.

6. Beugrngsgitter nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet daß eine der Armaturen durch eirte metallische Aufluge (2) gebildet ist, die auf der Fläche (\a) des Trägers (1) aufgetragen ist, welche der das Gitter (4; 6) .ragenden Fläche (\b) abgewandt ist.

7. Beugungsgitter 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.