DE2456560C3

DE2456560C3 - Beugungsgitter mit veränderlicher Gitterkonstante

Info

Publication number: DE2456560C3
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: 1980-11-27
Also published as: US3942048A; JPS5090350A; GB1481528A; DE2456560A1; FR2271586B1; DE2456560B2; JPS599884B2; FR2271586A1

Description

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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

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 \'

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

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 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.