Difrakcijska rešetka. Princip difrakcijske rešetke

Nije tajna da smo uz opipljivu materiju okruženi valnim poljima s njihovim vlastitim procesima i zakonima. Ona može biti i elektromagnetska, i zvučna, a svjetlosne vibracije, koje su nerazdvojno povezane s vidljivim svijetom, djeluju s njom i utječu na nju. Takve procese i učinke dugo su proučavali različiti znanstvenici koji su izvukli temeljne zakone koji su relevantni do danas. Jedan od najčešće korištenih oblika interakcije tvari i valova je difrakcija, čije je proučavanje dovelo do pojave takvog uređaja kao što je difrakcijska rešetka, koja se naširoko koristi u uređajima za daljnje istraživanje zračenja valova iu svakodnevnom životu.

Koncept difrakcije

Difrakcija se odnosi na proces savijanja oko svjetla, zvuka i drugih valova prepreke na putu. Općenito, ovaj pojam može se nazvati bilo kakvim odstupanjem širenja valova od zakona geometrijske optike, koji se javlja u blizini prepreka. Zbog fenomena difrakcije, valovi padaju u područje geometrijske sjene, savijaju se oko prepreka, prodiru u male rupe na zaslonima i tako dalje. Na primjer, možete čuti zvuk, koji se nalazi iza ugla kuće, zbog činjenice da zvučni val oko njega. Difrakcija svjetlosnih zraka očituje se u činjenici da područje sjene ne odgovara propusnoj rupi ili postojećoj prepreci. Princip rada difrakcijske rešetke temelji se na toj pojavi. Stoga je proučavanje ovih pojmova neodvojivo jedno od drugog.

Pojam difrakcijske rešetke

Difrakcijska rešetka je optički proizvod, koji je periodična struktura koja se sastoji od velikog broja vrlo uskih proreza koji su odvojeni neprozirnim razmacima.

Druga varijanta ovog uređaja je skup paralelnih mikroskopskih taktova, koji imaju isti oblik, nanesen na konkavnu ili ravnu optičku površinu s istim unaprijed određenim nagibom. Kada se svjetlosni valovi udaraju na rešetku dolazi do procesa redistribucije fronte vala u prostoru, što je uzrokovano pojavom difrakcije. To znači da se bijelo svjetlo razlaže na odvojene valove različitih duljina, što ovisi o spektralnim karakteristikama difrakcijske rešetke. Najčešće za rad s vidljivim rasponom spektra (s valnom duljinom od 390-780 nm) koriste uređaje koji imaju od 300 do 1600 poteza po milimetru. U praksi, rešetka izgleda kao ravna stakla ili metalna površina s grubim utorima (taktovima) koji se primjenjuju u određenom intervalu koji ne prenose svjetlost. Pomoću staklenih rešetki, promatranja se izvode i u prenesenoj i reflektiranoj svjetlosti, uz pomoć metalnih rešetki - samo u reflektiranoj svjetlosti.

Vrste rešetki

Kao što je već spomenuto, difrakcijske rešetke su reflektirajuće i prozirne prema materijalu koji se koristi u proizvodnji i karakteristikama upotrebe. Prvi su uređaji koji su metalna zrcalna površina s primijenjenim potezima, a koriste se za promatranje u reflektiranom svjetlu. U prozirnim rešetkama, potezi se primjenjuju na posebnu optičku površinu koja emitira zrake (ravnu ili konkavnu), ili su uski prorezi izrezani u neprozirnom materijalu. Istraživanja u uporabi takvih uređaja provode se u propuštenom svjetlu. Primjer grube difrakcijske rešetke u prirodi su trepavice. Gledajući kroz sužene kapke, možete vidjeti spektralne linije u nekom trenutku.

Načelo djelovanja

Rad difrakcijske rešetke temelji se na fenomenu difrakcije svjetlosnog vala koji se, prolazeći kroz sustav prozirnih i neprozirnih područja, dijeli na odvojene zrake koherentne svjetlosti. Oni se podvrgavaju difrakciji na potezima. I u isto vrijeme ometati jedni druge. svaki valna duljina ima svoj vlastiti difrakcijski kut, dakle, raspadanje bijele svjetlosti u spektar.

Razlučivanje difrakcijske rešetke

Kao optički uređaj koji se koristi u spektralnim uređajima, on ima brojne karakteristike koje određuju njegovu uporabu. Jedno od tih svojstava je rezolucija, koja se sastoji u mogućnosti odvojenog promatranja dviju spektralnih linija s bliskom valnom duljinom. Povećanje ove karakteristike postiže se povećanjem ukupnog broja linija prisutnih u difrakcijskoj rešetki.

U dobroj napravi broj taktova po milimetru doseže 500, tj. S ukupnom duljinom rešetke od 100 milimetara, ukupan broj taktova će biti 50 000. Takva će brojka pomoći u postizanju užih interferencijskih maksimuma, što će omogućiti odabir zatvorenih spektralnih linija.

Uporaba difrakcijskih rešetki

Pomoću ovog optičkog uređaja možete točno odrediti valnu duljinu, pa se koristi kao disperzijski element u spektralnim instrumentima za različite svrhe. Difrakcijska rešetka koristi se za osvjetljavanje monokromatskog svjetla (u monokromatorima, spektrofotometrima, itd.), Kao optičkog senzora linearnih ili kutnih pomaka (tzv. Mjerna rešetka), u polarizatorima i optičkim filterima, kao razdjelnik zračenja u interferometru, kao iu antiglare staklima ,

U svakodnevnom životu često možete naići na primjere difrakcijskih rešetki. Najjednostavniji od reflektirajućih može se smatrati rezanje kompaktnih diskova, jer se spiralna traka nanosi na njihovu površinu sa korakom od 1,6 μm između zavoja. Treći dio širine (0,5 μm) takvog kolosijeka pada na udubljenje (gdje je sadržana zabilježena informacija) koje raspršuje upadnu svjetlost, a oko dvije trećine (1,1 μm) zauzima netaknuta podloga koja može reflektirati zrake. Stoga je kompaktni disk reflektirajuća difrakcijska rešetka s periodom od 1,6 μm. Drugi primjer takvog uređaja su hologrami različitih tipova i smjerova primjene.

izrađivanje

Da bi se dobila visokokvalitetna difrakcijska rešetka, potrebno je promatrati vrlo preciznu proizvodnju. Pogreška pri primjeni barem jednog takta ili proreza dovodi do trenutnog uklanjanja proizvoda. Za proces proizvodnje koristi se poseban stroj za dijeljenje s dijamantnim rezačima, pričvršćen na poseban masivni temelj. Prije početka procesa rezanja rešetke, ova oprema treba raditi od 5 do 20 sati u stanju mirovanja kako bi se stabilizirali svi čvorovi. Izrada jedne difrakcijske rešetke traje gotovo 7 dana. Unatoč činjenici da se svaki zahvat primjenjuje za samo 3 sekunde. Rešetke u ovoj proizvodnji imaju paralelne udarce koji su jednako udaljeni jedan od drugoga, čiji oblik ovisi o profilu dijamantnog rezača.

Suvremene difrakcijske rešetke za spektralne instrumente

Danas je nova tehnologija njihove proizvodnje postala raširena uz pomoć edukacije o posebnim fotosenzitivnim materijalima, fotorezistima, interferencijskog uzorka dobivenog laserskim zračenjem. Zbog toga se proizvode proizvodi s holografskim učinkom. Udari se mogu nanositi na sličan način na ravnu površinu, dobivajući ravnu difrakcijsku rešetku ili konkavno sferičnu, koja će dati konkavni uređaj koji ima efekt fokusiranja. U konstrukciji modernih spektralnih instrumenata koriste se oba.

Tako je fenomen difrakcije u svakodnevnom životu uobičajen. To dovodi do raširene upotrebe uređaja koji se temelji na tom postupku, kao što je difrakcijska rešetka. Može postati dio istraživačke opreme ili se susresti u svakodnevnom životu, primjerice kao osnova holografskih proizvoda.