Дифракциона решетка. Принцип дифракцијске решетке

Није тајна да смо уз опипљиву материју окружени таласним пољима са сопственим процесима и законима. Може бити и електромагнетно, и звучно, а светлосне вибрације, које су нераздвојно повезане са видљивим светом, у интеракцији са њим и утичу на њега. Такве процесе и ефекте дуго су проучавали различити научници који су извели основне законе који су релевантни до данас. Један од најчешће коришћених облика интеракције материје и таласа је дифракција, чије је проучавање довело до појаве таквог уређаја као дифракцијске решетке, који је нашироко коришћен у уређајима за даље истраживање таласног зрачења иу свакодневном животу.

Диффрацтион цонцепт

Дифракција се односи на процес савијања око светла, звука и других таласа препреке на путу. Опћенитије, овај појам се може назвати било каквим одступањем ширења валова од закона геометријске оптике, који се јавља у близини препрека. Због феномена дифракције, таласи падају у област геометријске сенке, савијају се око препрека, продиру у мале рупе на екранима и тако даље. На пример, можете чути звук, који се налази иза угла куће, као резултат чињенице да соунд ваве око њега. Дифракција светлосних зрака се манифестује у чињеници да подручје сјене не одговара пропусној рупи или постојећој препреци. Принцип рада дифракцијске решетке заснован је на овом феномену. Стога је проучавање ових појмова неодвојиво једно од другог.

Концепт дифракцијске решетке

Дифракциона решетка је оптички производ, који представља периодичну структуру која се састоји од великог броја врло уских прореза који су одвојени непрозирним размацима.

Друга варијанта овог уређаја је скуп паралелних микроскопских тактова, који имају исти облик, који се наносе на конкавну или равну оптичку површину са истим предодређеним нагибом. Када су светлосни таласи упали на решетки, дешава се процес редистрибуције фронта таласа у простору, који је изазван феноменом дифракције. Наиме, бела светлост се разлаже на одвојене таласе различитих дужина, што зависи од спектралних карактеристика дифракцијске решетке. Најчешће за рад са видљивим опсегом спектра (са таласном дужином од 390-780 нм) користе уређаје који имају од 300 до 1600 удараца по милиметру. У пракси, решетка изгледа као равна стакла или метална површина са грубим жљебовима (ударцима) који се наносе одређеним интервалом који не преноси светлост. Помоћу стаклених решетки, опсервације се изводе како у пренесеној, тако иу рефлектованој светлости, уз помоћ металних решетки - само у рефлектованој светлости.

Врсте решетки

Као што је већ поменуто, дифракцијске решетке су рефлектујуће и транспарентне према материјалу који се користи у производњи и карактеристикама употребе. Први су уређаји, који су метална зрцална површина са примењеним потезима, који се користе за посматрање у рефлектованој светлости. У прозирним решеткама, потези се наносе на посебну оптичку површину која преноси зрак (равна или конкавна), или се уски прорезе режу у непрозирном материјалу. Истраживања у употреби таквих уређаја се изводе у пропуштеној светлости. Пример грубе дифракцијске решетке у природи су трепавице. Гледајући кроз сужене капке, у неком тренутку можете видети спектралне линије.

Принцип рада

Рад дифракцијске решетке заснива се на феномену дифракције светлосног таласа, који се, пролазећи кроз систем прозирних и непрозирних подручја, дели на одвојене греде кохерентне светлости. Они се подвргавају дифракцији на потезима. И у исто време се међусобно ометају. Свака таласна дужина има свој угао дифракције, дакле, распадање беле светлости у спектар.

Резолуција дифракцијске решетке

Као оптички уређај који се користи у спектралним уређајима, он има бројне карактеристике које одређују његову употребу. Једна од ових особина је резолуција, која се састоји у могућности да се одвојено посматрају две спектралне линије са блиском таласном дужином. Повећање ове карактеристике постиже се повећањем укупног броја линија присутних у дифракцијској решетки.

Код доброг уређаја, број тактова по милиметру достиже 500, тј. Са укупном дужином решетке од 100 милиметара, укупан број удараца ће бити 50 000. Таква цифра ће помоћи да се постигну ужи интерференцијски максимуми, који ће омогућити да се одаберу затворене спектралне линије.

Употреба дифракционих решетки

Помоћу овог оптичког уређаја можете прецизно одредити таласну дужину, тако да се користи као дисперзиони елемент у спектралним инструментима за различите сврхе. Дифракциона решетка се користи за осветљавање монохроматског светла (у монохроматорима, спектрофотометрима, итд.), Као оптички сензор линеарних или угаоних померања (тзв. Мерна решетка), у поларизаторима и оптичким филтерима, као разделник зрачења у интерферометру, као иу антигларе .

У свакодневном животу често можете наићи на примјере дифракцијских решетки. Најједноставнији од рефлектујућих се може сматрати резање компактних дискова, јер се спирална трака наноси на њихову површину са кораком од 1,6 μм између завоја. Трећи део ширине (0.5 μм) таквог колосека пада на удубљење (где је садржана забележена информација) распршујући упадну светлост, а око две трећине (1,1 μм) заузима нетакнута подлога способна да рефлектује зраке. Према томе, компактни диск је рефлектујућа дифракциона решетка са периодом од 1,6 μм. Други пример таквог уређаја су холограми различитих типова и праваца примене.

Мануфацтуринг

Да би се добила висококвалитетна дифракциона решетка, потребно је обратити пажњу на веома прецизну производњу. Грешка приликом примене најмање једног хода или прореза доводи до тренутног уклањања производа. За процес производње користи се специјална машина за раздвајање са дијамантским секачима, причвршћена на посебну масивну подлогу. Прије почетка процеса резања решетке, ова опрема би требала радити од 5 до 20 сати у мировању како би се стабилизирали сви чворови. Израда једне дифракцијске решетке траје скоро 7 дана. Упркос чињеници да се примена сваког хода одвија за само 3 секунде. Решетке у овој производњи имају паралелне ударце који су једнако удаљени један од другог, чији облик зависи од профила дијамантског резача.

Модерне дифракцијске решетке за спектралне инструменте

У данашње време, нова технологија њихове производње постала је широко распрострањена уз помоћ едукације о специјалним фотоосетљивим материјалима, који се називају фоторезистима, интерференцијског узорка добијеног од ласерског зрачења. Због тога се производе производи са холографским ефектом. Удари се могу примењивати на сличан начин на равној површини, добијајући равну дифракцијску решетку или конкавну сферну, која ће дати конкавни уређај који има ефекат фокусирања. У конструкцији модерних спектралних инструмената користе се оба.

Дакле, феномен дифракције је чест у свакодневном животу свуда. Ово доводи до широке употребе уређаја заснованог на овом процесу, као што је дифракцијска решетка. Може или постати дио истраживачке опреме или се сусрести у свакодневном животу, на примјер, као основа холографских производа.