Beugungsgitter

Beugungsgitter sind optische Bauelemente mit einer regelmäßigen Anordnung von Linien oder Rillen auf einer Trägeroberfläche. Durch Interferenz der von benachbarten Strukturen ausgehenden Lichtwellen entstehen Beugungsordnungen, wobei das Licht in seine spektralen Bestandteile zerlegt wird. Je nach Bauart wird das Licht durch das Gitter hindurch (Transmission) oder an der Oberfläche reflektiert (Reflexion) gestreut.

Die Beugung folgt der Gittergleichung d sin θ = m λ, wobei d der Abstand zwischen benachbarten Rillen ist, θ der Ausstrahlwinkel, m die Ordnung und λ die Lichtwellenlänge. Der Gitterabstand hängt mit der Linienzahl pro Millimeter zusammen (N = 1/d). In der Praxis liefern Gitter unterschiedliche Dispersionsgrade und liefern je nach Anordnung unterschiedliche spektrale Bereiche.

Typen von Beugungsgittern umfassen mechanisch gerillte (ruled) Gratings, die durch Werkzeugschneiden hergestellt werden, sowie holografische Gratings, die mittels Interferenz von Laserstrahlen erzeugt werden. Hochauflösende Echelle-Gitter verwenden kleine Spaltabstände und hohe Blaswinkel, um im hohen Frequenzbereich feine Spektren zu ermöglichen. Blazed Gratings besitzen eine abgeschrägte Grobstruktur, die die Effizienz für eine bestimmte Wellenlänge maximiert.

Eigenschaften umfassen die spektrale Auflösung R = λ/Δλ, die sich ungefähr als R ≈ mN ergibt, mit N der Anzahl der hervorragend beleuchteten Rillen. Die Effizienz hängt von λ, Ordnung m, dem Profil der Rillen und der Polarisationsabhängigkeit ab. Anwendungen finden sich in der Spektroskopie (Labor, Astronomie), Monochromatoren, Kalibration von Lichtquellen und in der optischen Kommunikation. Herstellungsmethoden umfassen mechanische Rillung und holografische Verfahren; Blazing optimiert die Leistungsverteilung der Ordnung.