Beugung und Interferenz - Walther Meißner Institut

Abschnitt 5.7 PHYSIK III 259120100N = 10Intensität8060402000.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0sinθAbbildung 5.39: Zur Veranschaulichung der Mehrstrahlinterferenz an einem Gitter. Gezeigt sind die Beugungsmusterfür ein Gitter mit N = 10 Spalten für zwei unterschiedliche Wellenlängen a/λ 1 = 1 (rot) unda/λ 2 = 1.25 (blau). Der gewählte Wellenlängenunterschied entspricht dem von Abb. 5.38. Man erkennt,dass im Gegensatz zur Zweistrahlinterferenz in der Gesamtintensität (grün) die Beugungsmuster derbeiden unterschiedlichen Wellenlängen deutlich erkennbar sind. Die Gesamtintensität ist aus Gründender Übersichtlichkeit um 20 nach oben verschoben.Wichtiger ist allerdings die Herstellung holographischer Gitter. Wie wir später sehen werden, sindHologramme im Wesentlichen komplizierte Beugungsgitter, sie können aber auch so entworfen werden,dass sie einfache Beugungsgitter darstellen. Die Entwicklung von hochwertigen Photolithographie-Techniken, wie sie heute in der Halbleitertechnologie eingesetzt werden, hat es ermöglicht, ein sehrfeines Interferenzmuster zwischen zwei ebenen Wellen in einen Photolack zu belichten, wodurch mit einereinzigen Belichtung ein Gitter erzeugt wird, das tausende von feinen Linien enthält. Verwendet manz.B. zwei kohärente ebene Wellen, die von einem Laser mit der Wellenlänge 500 nm erzeugt werdenund unter einem Winkel von 2α = 60 ◦ interferieren, so erzeugen diese ein Young’sches Beugungsmustermit einem Linienabstand von λ/2sin α = 500 nm. Da die Laser-Linien sehr scharf sind, ist die Zahl derLinien sehr groß und es können Gitter mit einer Länge von mehreren Zentimetern mit einer Belichtungerzeugt werden. Bei dieser Herstellungsmethode werden Fehler in dem Abstand benachbarter Linien,wie sie bei mechanischen Herstellungsverfahren unvermeidbar sind, umgangen.Ein weiterer Vorteil der holographischen Gitter besteht darin, dass der Linienabstand in einer geplantenArt und Weise ungleichmäßig gemacht werden kann, um dadurch bekannte Abbildungsfehler von optischenSystemen auszugleichen. So kann z.B. ein selbstfokusierendes Gitter dadurch erzeugt werden,indem man als Ursprung für das Gitter die Interferenz von zwei Kugelwellen verwendet.GitterspektrometerDie in Gitterspektrometern eingesetzten Beugungsgitter sind meist Reflexionsgitter, die entweder durchRitzen einer optisch ebenen Oberfläche oder durch Holographie erzeugt werden. Bei letzteren wird dabeider Photolack in den belichteten Gebieten wegentwickelt und die freigelegte Oberfläche angeätzt. DieBedeutung der Reflexionsgitter kommt daher, dass sie einen hohen Lichtdurchsatz bei Abwesenheit vonFarbfehlern ermöglichen und dass sie generell Phasengitter sind, deren Effizienz, wie weiter unten gezeigtwird, sowohl in der Theorie als auch in der Praxis deutlich höher liegt als bei Transmissionsgittern.2003