Дифракційними гратами, сукупність великого числа регулярно розташованих елементів (штрихів, щілин, канавок, виступів), на яких відбувається дифракція світла. Дифракційна решітка здатна розкладати падаючий на неї світло в спектр, тому вона використовується в спектральних приладах як диспергуючого елемента. Зазвичай штрихи наносять на скляну або металеву, плоску або увігнуту поверхню. Штрихи з постійним для даної решітки профілем повторюються через однаковий проміжок d, званий періодом дифракційної решітки. Розрізняють пропускна і відбивні дифракційні решітки, які в залежності від того, що змінюється - амплітуда або фаза світлової хвилі, діляться на амплітудні та фазові. Найпростіша пропускна амплітудна дифракційна решітка являє собою ряд щілин в непрозорому екрані (рисунок 1, а), відбивна амплітудна дифракційна решітка - систему штрихів, нанесених на плоске або увігнуте дзеркало (рисунок 1, б). Фазова дифракційна решітка може мати вигляд профилированной скляної пластини (пропускна дифракційна решітка, малюнок 1, в) або профільованого дзеркала (відбивна дифракційна решітка, малюнок 1, г). У сучасних приладах застосовуються головним чином відбивні фазові дифракційні грати.
При падінні монохроматичного коллімірованним пучка світла з довжиною хвилі λ під кутом α на дифракційну решітку з періодом d (малюнок 2), що складається з щілин шириною b, розділених непрозорими проміжками, відбувається інтерференція вторинних хвиль, що виходять з різних щілин. В результаті після фокусування на екрані утворюються максимуми інтенсивності, положення яких визначається рівнянням d (sin α + sin β) = mλ, де β - кут між нормаллю до дифракційної решітці і напрямком поширення дифракційного пучка (кут дифракції); m = 0, ± 1, ± 2, ± 3. - число довжин хвиль, на яке хвиля від деякого елемента дифракційної решітки відстає від хвилі, що виходить від сусіднього елемента решітки (або випереджає її). Монохроматичні пучки, що відносяться до різних значень m, називаються порядком спектра, а створювані ними зображення вхідної щілини - спектральними лініями М1. Всі порядки, відповідні позитивним і негативним m, симетричні щодо нульового. Чим більше щілин має дифракційна решітка, тим вже і різкіше спектральні лінії. Якщо на дифракційну решітку падає біле світло, то для кожної довжини хвилі вийде свій набір спектральних ліній М2. тобто випромінювання буде розкладено в спектри по числу можливих значень m. Відносна інтенсивність ліній визначається функцією розподілу енергії від окремих щілин.
Основними характеристиками дифракційних грат є кутова дисперсія і роздільна здатність. Кутова дисперсія dβ / dλ = m / dcos β характеризує ступінь кутового розділення променів з різною довжиною хвилі. Роздільна сила R дифракційної решітки, що характеризує мінімальний інтервал довжин хвиль δλ, який може розділити дана дифракційна решітка, визначається виразом R = λ / δλ = mN = Nd (sin α + sin β) / λ (N - число штрихів решітки). При заданих кутах роздільну здатність можна збільшити тільки за рахунок збільшення ширини всієї дифракційної решітки Nd. Область дисперсії дифракційних грат, тобто величина спектрального інтервалу δλ, в якому спектр даного порядку не перекривається спектрами сусідніх порядків, задовольняє співвідношенню δλ = λ / m.
Дифракційні решітки, використовувані для роботи в різних областях спектру, розрізняються розмірами, формою, профілем штрихів, їх частотою (від 6000 штрихів / мм в рентгенівської області до 0,25 штрихів / мм в інфрачервоній). За способом виготовлення дифракційні решітки діляться на нарізні (оригінальні), репліки (копії з оригінальних дифракційних решіток) і голографічні. Оригінальні нарізні дифракційні решітки виготовляються за допомогою спеціальної делительной машини з алмазним різцем, профіль якого визначає форму штриха. Виготовлення реплік складається в отриманні відбитків дифракційної решітки на пластмасах з подальшим нанесенням на них відображає металевого шару. При виготовленні голографічного дифракційної решітки на світлочутливому матеріалі записується інтерференція двох когерентних лазерних пучків.
Дифракційні решітки використовуються не тільки в спектрографах. Вони застосовуються в якості селективно відображають дзеркал лазерів з перебудовується частотою випромінювання, а також в пристроях, що забезпечують компресію світлових імпульсів.
Для управління параметрами лазерного випромінювання використовуються фазові решітки, що представляють собою регулярні області стиснень і розрідження в рідинах або прозорих твердих тілах, сформовані шляхом порушення в них УЗ-хвилі.
пов'язані статті
Схожі статті