Дифракционна решетка. Принципът на дифракционната решетка

Не е тайна, че заедно с осезаема материя сме заобиколени от вълнови полета със собствените си процеси и закони. Тя може да бъде както електромагнитна, така и звукова, а светлинните вибрации, които са неразривно свързани с видимия свят, взаимодействат с нея и оказват влияние върху нея. Такива процеси и ефекти отдавна са изучавани от различни учени, които извеждат основните закони, които имат отношение към този ден. Една от широко използваните форми на взаимодействие на материята и вълните е дифракцията, изследването на която е довело до появата на такова устройство като дифракционна решетка, което е широко използвано в устройства за по-нататъшно изследване на вълновото лъчение и в ежедневието.

Дифракционна концепция

Дифракцията се отнася до процеса на огъване около светлина, звук и други вълни на препятствие, срещано по пътя им. По-общо, този термин може да се нарече всяко отклонение от разпространението на вълните от законите на геометричната оптика, които се срещат близо до препятствия. Поради явлението дифракция вълните попадат в областта на геометрична сянка, огъват се около препятствия, проникват в малки дупки в екраните и така нататък. Например, можете да чуете добре звука, който се намира зад ъгъла на къщата, в резултат на това звукова вълна около него. Дифракцията на светлинните лъчи се проявява във факта, че сенчестата област не съответства на пропускателната дупка или на съществуващото препятствие. Принципът на действие на дифракционната решетка се основава на това явление. Следователно изучаването на тези понятия е неразделно едно от друго.

Концепцията за дифракционна решетка

Дифракционната решетка е оптичен продукт, който е периодична структура, състояща се от голям брой много тесни процепи, разделени от непрозрачни междини.

Друг вариант на това устройство е набор от паралелни микроскопски ходове, които имат същата форма, нанесени върху вдлъбната или плоска оптична повърхност със същата предварително определена стъпка. Когато светлинните вълни попаднат на решетката, настъпва процесът на преразпределение на вълновия фронт в пространството, което се дължи на дифракционния феномен. Това означава, че бялата светлина се разлага на отделни вълни с различна дължина, което зависи от спектралните характеристики на дифракционната решетка. Най-често за работа с видимия обхват на спектъра (с дължина на вълната 390-780 nm) се използват устройства, които имат от 300 до 1600 удара на милиметър. На практика решетката прилича на плоско стъкло или метална повърхност с груби канали (ходове), приложени с определен интервал, който не предава светлина. С помощта на стъклени решетки, наблюденията се извършват както в предаваната, така и в отразената светлина, с помощта на метални решетки - само в отразена светлина.

Видове мрежи

Както вече беше споменато, дифракционните решетки са отразяващи и прозрачни според материала, използван при производството и характеристиките на употреба. Първите са устройствата, които са метална огледална повърхност с нанесени удари, които се използват за наблюдения в отразената светлина. В прозрачни решетки, ударите се прилагат към специална оптична, пропускаща лъча повърхност (плоска или вдлъбната), или тесни прорези се нарязват в непрозрачен материал. Изследванията в използването на такива устройства се извършват в предавана светлина. Пример за груба дифракционна решетка в природата са миглите. Гледайки през присвитите клепачи, можете да видите спектрални линии в някакъв момент.

Принцип на действие

Работата на дифракционната решетка се основава на явлението дифракция на светлинната вълна, която, преминавайки през система от прозрачни и непрозрачни области, се разделя на отделни лъчи от кохерентна светлина. Те претърпяват дифракция на ударите. И в същото време се намесва един с друг. всеки дължина на вълната има свой собствен ъгъл на дифракция, следователно, разлагането на бялата светлина в спектъра.

Разделителна способност на дифракционната решетка

Като оптично устройство, използвано в спектралните устройства, то има редица характеристики, които определят неговата употреба. Едно от тези свойства е разделителната способност, която се състои в възможността за отделно наблюдение на две спектрални линии с близка дължина на вълната. Подобряването на тази характеристика се постига чрез увеличаване на общия брой линии, присъстващи в дифракционната решетка.

В едно добро устройство броят на ударите на милиметър достига 500, т.е. с обща дължина на решетката от 100 милиметра, общият брой на ударите ще бъде 50 000. Такава цифра ще помогне за постигане на по-тесни максимуми на интерференция, което ще позволи да се изберат близки спектрални линии.

Използване на дифракционни решетки

Използвайки това оптично устройство, можете точно да определите дължината на вълната, така че тя се използва като диспергиращ елемент в спектралните инструменти за различни цели. Дифракционната решетка се използва за подчертаване на монохроматичната светлина (в монохроматори, спектрофотометри и др.), Като оптичен сензор за линейни или ъглови измествания (т.нар. Измервателна решетка), в поляризатори и оптични филтри, като разделител на лъчи в интерферометъра, както и в противозърнести очила ,

В ежедневието често можете да срещнете примери на дифракционни решетки. Най-простият от отразяващия може да се счита за рязане на компактни дискове, защото върху повърхността им се полага спирална пътека със стъпка от 1,6 μm между завоите. Третата част от ширината (0.5 μm) на такава пътека пада върху вдлъбнатина (където се съдържа записаната информация), разсейвайки падащата светлина, а около две трети (1.1 μm) е заета от девствен субстрат, способен да отразява лъчите. Следователно компактният диск е отразяваща дифракционна решетка с период от 1.6 μm. Друг пример за такова устройство са холограми от различни типове и посоки на приложение.

приготвяне

За да се получи висококачествена дифракционна решетка, е необходимо да се спазва много висока прецизност при производството. Грешка при прилагане на поне един удар или прорез води до незабавно отстраняване на продукта. За производствения процес се използва специална машина за разделяне с диамантени фрези, прикрепена към специална масивна основа. Преди началото на процеса на рязане на решетката, това оборудване трябва да работи от 5 до 20 часа в режим на готовност, за да стабилизира всички възли. Изработването на една дифракционна решетка отнема почти 7 дни. Независимо от факта, че прилагането на всеки удар възниква само за 3 секунди. Решетките в това производство имат успоредни удари, еднакво отдалечени една от друга, чиято форма зависи от профила на диамантения нож.

Съвременни дифракционни решетки за спектрални инструменти

Понастоящем, новата технология на тяхното производство е станала широко разпространена с помощта на образованието върху специални фоточувствителни материали, наречени фоторезисти, на интерференционния образец, получен от лазерното лъчение. В резултат се произвеждат продукти с холографски ефект. Ударът може да се прилага по подобен начин върху плоска повърхност, като се получава плоска дифракционна решетка или вдлъбната сферична, която ще даде вдлъбнато устройство с фокусиращ ефект. При изграждането на съвременни спектрални инструменти се използват и двете.

Така явлението дифракция е често срещано във всекидневния живот навсякъде. Това води до широко използване на устройство, основано на този процес, като дифракционна решетка. Тя може или да стане част от изследователско оборудване, или да се срещне в ежедневието, например, като основа на холографски продукти.