Phasengitter

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Phasengitter sind optische Beugungsgitter welche die Phase der durchlaufenden Lichtwelle beeinflussen. Ideale Phasengitter sind vollständig durchsichtig, an den Gitterstegen wird das Licht aufgrund des Brechungsindexes des Materials verzögert. Varianten:

  • Material ist an Stegen dicker oder hat einen geänderten Brechungsindex
  • Übergänge zwischen Stegen und Spalte sind sprunghaft oder fließend
  • Gitter ist durchsichtig (Transmissionsgitter) oder reflektiert (Reflexionsgitter)

Eine Verzögerung um beispielsweise eine halbe Wellenlänge entspricht 180° Phasenverschiebung.

Wirkung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Transmissions-Phasengitter (Gitterkonstante 1 µm). Das Gitter liegt auf einer Tischkante und wird von unten beleuchtet (Taschenlampe mit 3 LEDs).
Eigenbau-Phasengitter mit Gitterkonstante 2 mm (zur Sichtbarkeit von hinten beleuchtet, oben) und erzeugter Talbot-Effekt (gepunktete Lichtzeile; unten)

Phasengitter sind durchsichtig und deshalb nicht gut sichtbar. Die Beugung (wie an jedem optischem Gitter) kann jedoch ausgenutzt werden:

  • Ein dünner monochromatischer Laserstrahl wird in mehrere Richtungen aufgeteilt.
  • Für bessere Ergebnisse stellt man hinter das Gitter eine (Sammel-) Linse und in den Brennpunkt der Linse einen Beobachtungsschirm. Die Linse gruppiert dann Lichtstrahlen nach ihrem Ablenkwinkel. Das benötigt einen hinreichend parallelen Lichtstrahl, erlaubt aber breitere Strahlen und gröbere Gitter.
  • Bei sehr groben Gittern können die geringen Ablenkwinkel mit dem Talbot-Effekt dargestellt werden.

Anwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Phasengitter können gegenüber Amplitudengittern diese Vorteile haben:

  • Energie: Die Lichtstärke bleibt voll erhalten.
  • Fertigung: Phasengitter können z. B. aus einer stehenden Welle (Ultraschall, Licht) bestehen. Die Welle modifiziert den Brechungsindex des Mediums. Ein Beispiel sind Akustooptischer Modulatoren.
  • Röntgen: Röntgenstrahlen werden von keinem Material perfekt absorbiert. Deshalb sind die Stege in Amplitudengittern niemals perfekt absorbierend. Phasengitter dagegen lassen sich gut fertigen[1].

Auslegung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Phasengitter können beispielsweise darauf ausgelegt sein, Licht einer vorgegebenen Wellenlänge um eine halbe Wellenlänge zu verzögern. Hat das Material des Gitters den Brechungsindex , so müssen die Stege des Gitters höher sein um

Haben die "Stege" des Gitters einen um höheren Brechungsindex als die "Spalten" des Gitters, so beträgt die Höhe des Gitters .

Herleitung: Durch das Material ändert sich die Frequenz   des Lichts nicht gegenüber dem Vakuum. Wegen der auf   reduzierten Phasengeschwindigkeit des Lichts sinkt die Wellenlänge ( ) im Material auf . Damit ergibt sich die Bedingung:

.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. KIT Institut für Mikrostrukturtechnik, Stichwort "Röntgenoptik", Abschnitt Röntgengitter