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 ${\displaystyle \lambda /2}$ entspricht 180° Phasenverschiebung.

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.

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].

Phasengitter können beispielsweise darauf ausgelegt sein, Licht einer vorgegebenen Wellenlänge ${\displaystyle \lambda }$ um eine halbe Wellenlänge ${\displaystyle \lambda /2}$ zu verzögern. Hat das Material des Gitters den Brechungsindex ${\displaystyle n}$, so müssen die Stege des Gitters höher sein um

${\displaystyle \Delta h={\frac {\lambda }{2(n-1)}}}$

Haben die "Stege" des Gitters einen um ${\displaystyle \Delta n}$ höheren Brechungsindex als die "Spalten" des Gitters, so beträgt die Höhe des Gitters ${\displaystyle \Delta h=\lambda /(2\Delta n)}$.

Herleitung: Durch das Material ändert sich die Frequenz ${\displaystyle f}$  des Lichts nicht gegenüber dem Vakuum. Wegen der auf ${\displaystyle c_{n}=c_{0}/n}$  reduzierten Phasengeschwindigkeit des Lichts sinkt die Wellenlänge (${\displaystyle \lambda =c/f}$ ) im Material auf ${\displaystyle \lambda _{n}=\lambda /n}$. Damit ergibt sich die Bedingung:

${\displaystyle 1/2={\frac {\Delta h}{\lambda _{n}}}-{\frac {\Delta h}{\lambda }}={\frac {(n-1)\cdot \Delta h}{\lambda }}}$.

1. ↑ KIT Institut für Mikrostrukturtechnik (Memento vom 5. Februar 2012 im Internet Archive), Stichwort "Röntgenoptik", Abschnitt Röntgengitter