Siatka dyfrakcyjna. Zasada siatki dyfrakcyjnej

Nie jest tajemnicą, że wraz z materią materialną otacza nas pole falowe z własnymi procesami i prawami. Mogą to być zarówno wibracje elektromagnetyczne, jak i dźwiękowe i świetlne, które są nierozerwalnie związane z widzialnym światem, wchodzą w interakcje z nim i wpływają na nie. Takie procesy i efekty były od dawna badane przez różnych naukowców, którzy wyprowadzili podstawowe prawa, które są istotne do dziś. Jedną z powszechnie stosowanych form oddziaływania materii i fal jest dyfrakcja, której badanie doprowadziło do powstania takiego urządzenia, jak siatka dyfrakcyjna, która jest szeroko stosowana w urządzeniach do dalszego badania promieniowania falowego, a także w życiu codziennym.

Koncepcja dyfrakcji

Dyfrakcja odnosi się do procesu zginania wokół światła, dźwięku i innych fal przeszkody napotkanych na ich drodze. Ogólniej mówiąc, termin ten można nazwać odchyleniem propagacji fali od praw optyki geometrycznej, występującym w pobliżu przeszkód. Ze względu na zjawisko dyfrakcji fale wpadają w obszar geometrycznego cienia, pochylają się wokół przeszkód, przenikają małe dziury w ekranach i tak dalej. Na przykład możesz usłyszeć dźwięk dobrze, będąc za rogiem domu, ze względu na to, że fala dźwiękowa wokół niego. Dyfrakcja promieni świetlnych przejawia się w tym, że obszar cienia nie odpowiada otworowi przepustowemu lub istniejącej przeszkodzie. Zasada działania siatki dyfrakcyjnej opiera się na tym zjawisku. Dlatego badanie tych pojęć jest nieodłączne od siebie.

Pojęcie siatki dyfrakcyjnej

Siatka dyfrakcyjna jest produktem optycznym, który jest strukturą okresową składającą się z dużej liczby bardzo wąskich szczelin rozdzielonych nieprzezroczystymi szczelinami.

Innym wariantem tego urządzenia jest zestaw równoległych mikroskopijnych suwów, mających ten sam kształt, osadzonych na wklęsłej lub płaskiej powierzchni optycznej o tej samej z góry określonej podziałce. Kiedy padają fale świetlne na siatkę, następuje proces redystrybucji czoła fali w przestrzeni, co jest spowodowane zjawiskiem dyfrakcji. Oznacza to, że światło białe rozłożone jest na oddzielne fale o różnych długościach, które zależą od charakterystyki widmowej siatki dyfrakcyjnej. Najczęściej do pracy z widzialnym zakresem widma (o długości fali 390-780 nm) używa się urządzeń o od 300 do 1600 uderzeń na milimetr. W praktyce kratownica wygląda jak płaska szklana lub metalowa powierzchnia z szorstkimi rowkami (uderzeniami) nakładanymi w określonych odstępach czasowych, które nie przenoszą światła. Za pomocą szklanych kratek obserwacje są przeprowadzane zarówno w świetle przechodzącym, jak i odbitym, za pomocą metalowych krat - tylko w świetle odbitym.

Rodzaje siatek

Jak już wspomniano, siatki dyfrakcyjne są odblaskowe i przezroczyste w zależności od materiału użytego do wytworzenia i właściwości użytkowania. Pierwszymi są urządzenia, które są metaliczną powierzchnią lustrzaną z zastosowanymi ruchami, które są wykorzystywane do obserwacji w świetle odbitym. W przezroczystych siatkach uderzenia są nakładane na specjalną powierzchnię optyczną, przepuszczającą promienie (płaskie lub wklęsłe) lub wąskie szczeliny są cięte w nieprzezroczystym materiale. Badania nad wykorzystaniem takich urządzeń przeprowadza się w świetle przechodzącym. Przykładem grubej siateczki dyfrakcyjnej w naturze są rzęsy. Patrząc przez zwężone powieki, można w pewnym momencie zobaczyć linie spektralne.

Zasada działania

Praca siatki dyfrakcyjnej opiera się na zjawisku dyfrakcji fali świetlnej, która, przechodząc przez układ obszarów przezroczystych i nieprzejrzystych, jest podzielona na oddzielne wiązki światła spójnego. Poddają się dyfrakcji na uderzeniach. I jednocześnie ingerować w siebie nawzajem. Każdy długość fali ma swój własny kąt dyfrakcyjny, a więc rozkład białego światła na widmo.

Rozdzielczość siatki dyfrakcyjnej

Będąc urządzeniem optycznym używanym w urządzeniach spektralnych, ma wiele cech decydujących o jego zastosowaniu. Jedną z tych właściwości jest rozdzielczość, która polega na możliwości oddzielnej obserwacji dwóch linii widmowych o bliskiej długości fali. Wzmocnienie tej charakterystyki uzyskuje się poprzez zwiększenie całkowitej liczby linii obecnych w siatce dyfrakcyjnej.

W dobrym urządzeniu liczba uderzeń na milimetr sięga 500, to znaczy, przy całkowitej długości sieci wynoszącej 100 milimetrów, całkowita liczba uderzeń będzie wynosić 50 000. Taka liczba pomoże osiągnąć węższe maksima interferencji, które pozwolą wybrać blisko linii spektralnych.

Zastosowanie siatek dyfrakcyjnych

Za pomocą tego urządzenia optycznego można dokładnie określić długość fali, więc jest on używany jako element rozpraszający w instrumentach spektralnych do różnych celów. Siatka dyfrakcyjna służy do zaznaczania światła monochromatycznego (w monochromatorach, spektrofotometrach itp.), Jako optycznego czujnika przemieszczeń liniowych lub kątowych (tak zwana siatka pomiarowa), w polaryzatorach i filtrach optycznych, jako separator wiązek promieniowania w interferometrze, a także w szkłach przeciwodblaskowych .

W życiu codziennym często można natknąć się na przykłady siatek dyfrakcyjnych. Najprostszy z elementów odblaskowych można uznać za cięcie dysków kompaktowych, ponieważ spiralna ścieżka jest nakładana na ich powierzchnię z krokiem 1,6 μm między zwojami. Trzecia część szerokości (0,5 μm) takiego toru opada na zagłębienie (gdzie zapisana informacja jest zawarta) rozprasza padające światło, a około dwie trzecie (1,1 μm) zajmuje nieskazitelne podłoże zdolne do odbijania promieni. Dlatego dysk kompaktowy jest odbijającą siatką dyfrakcyjną o okresie 1,6 μm. Innym przykładem takiego urządzenia są hologramy różnych typów i kierunków zastosowania.

Produkcja

Aby uzyskać wysokiej jakości siatkę dyfrakcyjną, należy obserwować bardzo wysoką precyzję produkcji. Błąd podczas stosowania co najmniej jednego pociągnięcia lub szczeliny prowadzi do natychmiastowego uboju produktu. Do procesu produkcji używana jest specjalna maszyna dzieląca z nożami diamentowymi, przymocowana do specjalnego masywnego fundamentu. Przed rozpoczęciem procesu cięcia siatki sprzęt ten powinien pracować od 5 do 20 godzin w trybie bezczynności, aby ustabilizować wszystkie węzły. Wytwarzanie pojedynczej siatki dyfrakcyjnej trwa prawie 7 dni. Pomimo tego, że zastosowanie każdego skoku następuje w zaledwie 3 sekundy. Kraty w tej produkcji mają równoległe uderzenia od siebie odległe, których kształt zależy od profilu noża diamentowego.

Nowoczesne siatki dyfrakcyjne do instrumentów spektralnych

W chwili obecnej nowa technologia ich wytwarzania stała się powszechna dzięki wykształceniu na specjalnych światłoczułych materiałach, zwanych fotorezystami, wzoru interferencji uzyskanego z promieniowania laserowego. W rezultacie powstają produkty o efekcie holograficznym. Uderzenia mogą być stosowane w podobny sposób na płaskiej powierzchni, uzyskując płaską siatkę dyfrakcyjną lub wklęsłą sferyczną, która da wklęsłe urządzenie mające efekt ogniskowania. W konstrukcji nowoczesnych przyrządów spektralnych stosuje się oba.

Tak więc zjawisko dyfrakcji jest powszechne w codziennym życiu. Prowadzi to do powszechnego stosowania urządzenia opartego na tym procesie, takiego jak siatka dyfrakcyjna. Może stać się częścią wyposażenia badawczego lub spotkać się w codziennym życiu, na przykład jako podstawa produktów holograficznych.