Difrakcijska mrežica. Načelo difrakcijske mreže

Ni skrivnost, da smo ob oprijemljivi snovi obdani z valovnimi polji s svojimi lastnimi procesi in zakoni. Lahko je elektromagnetno in zvočno, svetlobne vibracije, ki so neločljivo povezane z vidnim svetom, z njo delujejo in vplivajo nanj. Takšne procese in učinke so dolgo raziskovali različni znanstveniki, ki so izpeljali temeljne zakone, ki so pomembni do danes. Ena od najbolj razširjenih oblik medsebojnega delovanja snovi in ​​valov je difrakcija, katere študija je privedla do nastanka takšne naprave, kot je difrakcijska mrežica, ki se široko uporablja v napravah za nadaljnje preiskave valovnega sevanja in v vsakdanjem življenju.

Koncept difrakcije

Difrakcija se nanaša na proces upogibanja okoli svetlobe, zvoka in drugih valov ovir na poti. Na splošno se ta izraz lahko imenuje vsako odstopanje širjenja valov od zakonov geometrijske optike, ki se pojavljajo v bližini ovir. Zaradi pojava difrakcije valovi padejo v območje geometrijske sence, se ovijejo okoli ovir, prodrejo v majhne luknje v zaslonih in tako naprej. Na primer, lahko slišite dobro zvok, ki je okoli vogala hiše, zaradi dejstva, da zvok okrog njega. Difrakcija svetlobnih žarkov se kaže v tem, da senčna površina ne ustreza pretočni luknji ali obstoječi oviri. Na tem pojavu temelji načelo delovanja difrakcijske mreže. Zato je preučevanje teh konceptov neločljivo med seboj.

Koncept difrakcijske mreže

Difrakcijska mreža je optični izdelek, ki je periodična struktura, sestavljena iz velikega števila zelo ozkih rež, ločenih z neprozornimi režami.

Druga varianta te naprave je niz vzporednih mikroskopskih gibov, ki imajo enako obliko, nanešeno na konkavno ali plosko optično površino z enako vnaprej določeno stopnjo. Ko svetlobni valovi pridejo na rešetko, se pojavi proces prerazporeditve valovne fronte v prostoru, ki ga povzroča difrakcijski pojav. To pomeni, da se bela svetloba razgradi v ločene valove z različno dolžino, ki je odvisna od spektralnih značilnosti difrakcijske mreže. Najpogosteje za delo z vidnim obsegom spektra (z valovno dolžino 390-780 nm) uporabljamo naprave, ki imajo od 300 do 1600 udarcev na milimeter. V praksi je mreža videti kot ravno steklo ali kovinsko površino z grobimi utori (gibi) z določenim intervalom, ki ne prenašajo svetlobe. S pomočjo steklenih rešetk se opazovanja izvajajo tako v oddani in reflektirani svetlobi, s pomočjo kovinskih rešetk - le v reflektirani svetlobi.

Vrste mrež

Kot smo že omenili, so difrakcijske rešetke odsevne in prosojne glede na material, uporabljen pri izdelavi, in značilnosti uporabe. Prvi so naprave, ki so kovinska zrcalna površina z uporabljenimi potezami, ki se uporabljajo za opazovanje v reflektirani svetlobi. V prozornih rešetkah se potezi uporabljajo na posebni optični površini, ki oddaja žarke (plosko ali konkavno), ali pa so ozke reže v neprozornem materialu. Raziskave v zvezi z uporabo takšnih naprav se izvajajo v oddani svetlobi. Primer grobe difrakcijske mreže v naravi so trepalnice. Če pogledamo skozi zožene veke, lahko na neki točki vidite spektralne črte.

Načelo delovanja

Delo difrakcijske rešetke temelji na pojavu difrakcije svetlobnega vala, ki se skozi sistem transparentnih in neprozornih območij razdeli na ločene žarke koherentne svetlobe. Na udarcih so podvrženi difrakciji. In hkrati moti drug drugega. Vsak valovna dolžina ima svoj difrakcijski kot, torej razpad bele svetlobe v spekter.

Ločljivost difrakcijske mreže

Kot optična naprava, ki se uporablja v spektralnih napravah, ima številne značilnosti, ki določajo njeno uporabo. Ena od teh lastnosti je ločljivost, ki je sestavljena iz možnosti ločenega opazovanja dveh spektralnih linij s tesno valovno dolžino. Izboljšanje te lastnosti se doseže s povečanjem skupnega števila linij, prisotnih v difrakcijski rešetki.

Pri dobri napravi število udarcev na milimeter doseže 500, kar pomeni, da je skupna dolžina mreže 100 milimetrov skupno 50.000, kar bo pripomoglo k doseganju ožjih maksimumov interference, ki omogočajo izbiro zaprtih spektralnih linij.

Uporaba difrakcijskih rešetk

Z uporabo te optične naprave lahko natančno določite valovno dolžino, zato jo uporabite kot razpršilni element v spektralnih instrumentih za različne namene. Difrakcijska mreža se uporablja za osvetljevanje monokromatske svetlobe (v monokromatorjih, spektrofotometrih itd.), Kot optičnega senzorja linearnih ali kotnih premikov (tako imenovane merilne rešetke), v polarizatorjih in optičnih filtrih, kot delilnik sevalnih žarkov v interferometru, kot tudi v antiglare očalih. .

V vsakdanjem življenju lahko pogosto naletite na primere difrakcijskih rešetk. Najenostavnejši odsevni odsek se lahko šteje za rezanje kompaktnih diskov, ker se na njihovo površino nanese spiralna proga s korakom 1,6 μm med zavoji. Tretji del širine (0,5 μm) takega tira pade na vdolbino (kjer je zapisana informacija), ki razpršuje vpadno svetlobo, približno dve tretjini (1,1 μm) pa zaseda neokrnjena podlaga, ki lahko odbija žarke. Zato je kompaktna plošča reflektirna difrakcijska mrežica s časom 1,6 μm. Drug primer takšne naprave so hologrami različnih vrst in smeri uporabe.

Proizvodnja

Da bi dobili visoko kakovostno difrakcijsko mrežico, je treba upoštevati zelo visoko natančnost izdelave. Napaka pri uporabi vsaj enega hoda ali reže vodi do takojšnjega izločanja proizvoda. Za postopek izdelave je uporabljen poseben stroj za razdelitev z diamantnimi rezkarji, ki je pritrjen na posebno masivno podlago. Pred začetkom postopka rezanja rešetke mora ta oprema delovati od 5 do 20 ur v stanju mirovanja, da stabilizira vsa vozlišča. Izdelava ene difrakcijske mrežice traja skoraj 7 dni. Kljub temu, da se vsaka poteza pojavi v samo 3 sekundah. Rešetke v tej proizvodnji imajo vzporedne udarce, ki so enako oddaljeni drug od drugega, katerih oblika je odvisna od profila diamanta.

Sodobne difrakcijske rešetke za spektralne instrumente

Sedaj je nova tehnologija njihove izdelave postala razširjena s pomočjo izobraževanja o posebnih fotosenzitivnih materialih, ki jih imenujemo fotorezisti, interferenčnega vzorca, pridobljenega iz laserskega sevanja. Zato so izdelani izdelki s holografskim učinkom. Strokse lahko nanesemo na podoben način na ravno površino, pri čemer dobimo ravno difrakcijsko mrežico ali konkavno sferično, ki daje konkavni napravi učinek izostritve. V konstrukciji sodobnih spektralnih instrumentov uporabljamo oba.

Tako je fenomen difrakcije pogosto v vsakdanjem življenju povsod. To vodi do razširjene uporabe naprave, ki temelji na tem postopku, kot je difrakcijska mreža. Lahko postane del raziskovalne opreme ali se srečuje v vsakdanjem življenju, na primer kot osnova za holografske izdelke.