Optisches Gitter

LETGS-Gitter Mikroskop.jpg verwendet wurde. Die Gitterkonstante ist 1 µm. Die drei senkrechten Stege sind Teil eines Stützgitters.]]

Optische Gitter, auch Beugungsgitter genannt, bestehen aus einer großen Zahl Einzelspalten in gleichmäßigem Abstand. Das Licht der Einzelspalte interferiert und bildet ein Interferenzmuster. Optische Gitter werden in Spektrometern sowie für Lasershows eingesetzt.

Funktion

Licht, das auf ein Beugungsgitter auftrifft, wird vergleichbar zum Doppelspaltexperiment gebeugt, die so entstehenden Elementarwellen interferieren und bilden so ein Gitterspektrum.

Im Gegensatz zu den Spektren von Einzelspalt und Doppelspalt werden die Hauptmaxima jedoch mit steigender Gitterkonstante schärfer abgebildet, die Nebenmaxima werden zahlreicher, aber schwächer. Somit steigt das Auflösungsvermögen.

Die Intensitätsverteilung ist

$I_\alpha = I_0 \frac{sin^2(\pi \cdot d \cdot sin \alpha \cdot \lambda^{-1})}{(\pi \cdot d \cdot sin \alpha \cdot \lambda^{-1})^2} \frac {sin^2(q \cdot \pi \cdot g \cdot sin \alpha \cdot \lambda^{-1})}{sin^2(\pi \cdot g \cdot sin \alpha \cdot \lambda^{-1})}$

die Hauptmaxima liegen bei

$\lambda = \frac{g \cdot \sin \alpha_n}{n}$

mit $d$ : Spaltbreite, $g$ : Gitterkonstante, $q$ : Anzahl der Gitterspalte und $\alpha_n$ : Ablenkungswinkel der Beugungsordnung $n$ .

Herstellungsmethoden

1820 benutzte Joseph von Fraunhofer Drähte, die er dicht nebeneinander spannte. Bei fast geschlossenen Augen bilden auch die Wimpern ein Gitter.

Der Physiker Rowland verbesserte 1882 die Herstellung von in Metall geritzten Reflexionsgittern entscheidend: Er erhöhte die Herstellungspräzision und fertigte erstmals konkave Gitter. Dabei wird mittels eines Diamants in eine Metalloberfläche ein Mastergitter geritzt, welches durch Abformen und Beschichten mit Metall vervielfältigt wird.

Moderne Technologien erlauben heute, Gitterstrukturen auf dem Wege der Holografie direkt in das abbildende Element aus Glas oder Kunststoff einzubringen. Man ist somit nicht mehr auf den teueren (weil hochpräzisen) mechanischen Herstellungsprozess angewiesen und kann optische Gitter in vergleichbaren Qualitäten herstellen.

Dennoch besitzen die mechanisch hergestellten (geritzten) Gitter Vorteile für spezielle Anwendungen, so z.B. höhere Effizienz in engen Wellenlängenbereichen. Vorteile der holografischen Gitter sind neben dem Kostenaspekt in der Regel auch ein niedrigerer Streulichtanteil.

In Monochromatoren werden häufig so genannte Blazegitter eingesetzt. Dies sind speziell geformte (Reflexions-)Gitter mit optimierten Winkeln der Spalten, die möglichst viel Licht in eine bestimmte Beugungsordnung lenken sollen. Dies ist vorteilhaft, da bei herkömmlichen Gittern der Hauptanteil der Leistung in die nullte Ordnung gelangt und damit ungenutzt bleibt.

Für verschiedene Anwendungen gibt es verschiedene Gittertypen wie Amplitudengitter, Phasengitter, Transmissions- und Reflexionsgitter.

Anwendungen

Optische Gitter werden in optischen Messeinrichtungen zur Monochromatisierung und Analyse der Spektren eingesetzt.

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