Difrakční mřížka. Princip difrakční mřížky

Není tajemstvím, že spolu s hmotnou hmotou jsme obklopeni vlnovými poli s vlastními procesy a zákony. Může to být jak elektromagnetické, tak zvukové a světelné vibrace, které jsou neodmyslitelně spojeny s viditelným světem, interagují s ním a ovlivňují ho. Takové procesy a účinky již dlouho studovali různí vědci, kteří odvozovali základní zákony, které jsou pro tento den relevantní. Jednou z nejrozšířenějších forem interakce hmoty a vln je difrakce, jejichž studium vedlo k vzniku takového zařízení, jako je difrakční mřížka, která byla široce používána v zařízeních pro další zkoumání vlnového záření a v každodenním životě.

Koncepce difrakce

Difrakce se týká procesu ohýbání kolem světla, zvuku a jiných vln překážky, která se objevila na cestě. Obecněji, tento termín lze nazvat jakoukoli odchylkou šíření vln od zákonů geometrické optiky, které se vyskytují v blízkosti překážek. Vzhledem k fenoménu difrakce vlny spadají do oblasti geometrického stínu, ohýbají se kolem překážek, pronikají do otvorů malými otvory a podobně. Například, můžete slyšet zvuk dobře, být v rohu domu, v důsledku toho, že zvuková vlna kolem něj. Difrakce světelných paprsků se projevuje skutečností, že oblast stínu neodpovídá průchodovému otvoru nebo existující překážce. Princip fungování difrakční mřížky je založen na tomto jevu. Proto je studium těchto konceptů neoddělitelné od sebe navzájem.

Koncepce difrakční mřížky

Difrakční mřížka je optický výrobek, který je periodickou strukturou sestávající z velkého počtu velmi úzkých štěrbin oddělených neprůhlednými mezerami.

Další variantou tohoto zařízení je soustava rovnoběžných mikroskopických tahů, které mají stejný tvar, uložené na konkávním nebo plochém optickém povrchu se stejným předem stanoveným roztečí. Když světlá vlny dopadnou na mřížku, dochází k přerozdělení vlnové plochy v prostoru, což je způsobeno difrakčním jevem. To znamená, že bílé světlo se rozkládá na oddělené vlny s různými délkami, což závisí na spektrálních charakteristikách difrakční mřížky. Nejčastěji při práci s viditelným rozsahem spektra (s vlnovou délkou 390 - 780 nm) používají zařízení s 300 až 1600 údery na milimetr. V praxi mřížka vypadá jako plochý skleněný nebo kovový povrch s drsnými drážkami (tahy) aplikovanými s určitým intervalem, který nepřenáší světlo. Pomocí skleněných mříží se pozorování provádějí jak v přeneseném, tak i odraženém světle pomocí kovových mřížek - pouze v odraženém světle.

Typy mřížek

Jak již bylo uvedeno, difrakční mřížky jsou reflexní a průhledné podle materiálu použitého při výrobě a charakteristikách použití. První jsou zařízení, která jsou kovovým zrcadlovým povrchem s aplikovanými zdvihy, které se používají pro pozorování v odraženém světle. U průhledných mříží se na speciální optický, paprskově přenosný povrch (plochý nebo konkávní) aplikují tahy, nebo se v neprůhledném materiálu řeže úzké štěrbiny. Výzkum při používání takových zařízení se provádí v přeneseném světle. Příkladem hrubé difrakční mřížky v přírodě jsou řasy. Při pohledu přes zúžené oční víčka můžete v určitém okamžiku vidět spektrální čáry.

Princip činnosti

Práce difrakční mřížky vychází z fenoménu difrakce světla, který se prochází systémem průhledných a neprůhledných oblastí a je rozdělen na samostatné paprsky koherentního světla. Oni trpí difrakcí na tahy. A současně zasahovat mezi sebou. Každý vlnová délka má svůj vlastní difrakční úhel, tudíž rozklad bílého světla do spektra.

Rozlišení difrakční mřížky

Jako optické zařízení používané v spektrálních zařízeních má řadu vlastností, které určují jeho použití. Jednou z těchto vlastností je rozlišení, které spočívá v možnosti oddělené pozorování dvou spektrálních čar s blízkou vlnovou délkou. Zvýšení této charakteristiky je dosaženo zvýšením celkového počtu čar přítomných v difrakční mřížce.

V dobrém zařízení počet zdvihů na milimetr dosáhne 500, tj. S celkovou délkou mřížky 100 milimetrů, celkový počet zdvihů bude 50 000. Taková hodnota pomůže dosáhnout užších maximálních interferencí, které umožní vybrat blízké spektrální čáry.

Použití difrakčních mřížek

Pomocí tohoto optického přístroje můžete přesně určit vlnovou délku, takže se používá jako dispergační prvek v spektrálních přístrojích pro různé účely. Difrakční mřížka slouží k osvětlení monochromatického světla (v monochromatech, spektrofotometrech apod.) Jako optický snímač lineárních nebo úhlových posunů (tzv. Měřicí mřížka), v polarizátorech a optických filtrech jako dělič radiačních paprsků v interferometru, stejně jako v antiglarech .

V každodenním životě se často setkáte s příklady difrakčních mříží. Nejjednodušší z reflexních prvků lze považovat za řezání kompaktních disků, protože na jejich povrchu je aplikována spirálová dráha s krokem 1,6 μm mezi závity. Třetí část šířky (0,5 μm) takové stopy spadá do výklenku (kde je zaznamenaná informace obsažena) rozptylujícího dopadajícího světla a přibližně dvě třetiny (1,1 μm) jsou obsazeny nedotčeným substrátem schopným odrážet paprsky. Kompaktní disk je tedy reflexní difrakční mřížka s periodou 1,6 μm. Jiným příkladem takového zařízení jsou hologramy různých typů a směrů použití.

Výroba

Pro získání vysoce kvalitní difrakční mřížky je nutné dodržovat velmi vysokou přesnost výroby. Chyba při aplikaci alespoň jednoho zdvihu nebo štěrbiny vede k okamžitému vyčištění produktu. Pro výrobní proces se používá speciální dělicí stroj s diamantovými frézami, připevněný na speciální masivní podklad. Před zahájením procesu řezání mřížky by toto zařízení mělo pracovat 5 až 20 hodin v klidovém režimu, aby se stabilizovaly všechny uzly. Výroba jediné difrakční mřížky trvá téměř 7 dní. Navzdory skutečnosti, že aplikace každé mrtvice nastane během pouhých 3 sekund. Mřížky v této výrobě mají rovnoběžné tahy, které jsou stejně vzdálené od sebe, jejichž tvar závisí na profilu diamantového nože.

Moderní difrakční mřížky pro spektrální přístroje

V současné době se rozšířila nová technologie jejich výroby pomocí vzdělávání na speciálních fotosenzitivních materiálech, nazývaných fotorezisty, interferenčního vzorku získaného z laserového záření. Výsledkem je výroba výrobků s holografickým účinkem. Zdvihy lze aplikovat podobným způsobem na rovný povrch, získání ploché difrakční mřížky nebo konkávního kulovitého tvaru, což poskytne konkávní zařízení se zaostřovacím efektem. Při konstrukci moderních spektrálních nástrojů se používají oba.

Fenomén difrakce je tedy běžný v každodenním životě všude. To vede k rozsáhlému použití zařízení založeného na tomto procesu, jako je difrakční mřížka. Může se stát součástí výzkumného zařízení, nebo se setkat v každodenním životě, například jako základ holografických produktů.