Phasengitter
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 Spalten sind sprunghaft oder fließend
- Gitter ist durchsichtig (Transmissionsgitter) oder reflektiert (Reflexionsgitter).
Eine Verzögerung um beispielsweise eine halbe Wellenlänge entspricht 180° Phasenverschiebung.
Wirkung
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7f/PhaseGrating_Transmission_Small.jpg/220px-PhaseGrating_Transmission_Small.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/05/PhaseGratingAndTalbotEffect.jpg/220px-PhaseGratingAndTalbotEffect.jpg)
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
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 Akustooptische 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
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
- ↑ KIT Institut für Mikrostrukturtechnik (Memento vom 5. Februar 2012 im Internet Archive), Stichwort "Röntgenoptik", Abschnitt Röntgengitter