Что такое дифракционная решетка?

Что такое дифракционная решетка?

Дифракционная решетка — это оптический элемент, изготовленный на стеклянной подложке с мелко расположенными канавками на равных интервалах. Когда свет излучается на дифракционную решетку, эффект канавок вызывает дифракцию света, что позволяет разделить падающий свет в соответствии с его длиной волны. Типы включают пропускающий, отражающий и паяный типы. Каждый из них имеет немного различную структуру и, следовательно, различную спектральную производительность.

Поскольку дифракционные решетки могут извлекать свет определенной длины волны, они используются в монохроматорах, которые излучают свет одной длины волны, и полихроматорах, которые излучают свет фиксированного диапазона длин волн.

Применение дифракционных решеток

Дифракционные решетки имеют тонкие канавки на поверхности, и они обладают свойством спектрально разделять падающий свет на различные длины волн. Решетки используются в устройствах, которые используют это свойство для управления длиной волны света.

Например, они используются в монохроматорах, которые излучают свет на одной длине волны, и полихроматорах, которые излучают свет на фиксированной длине волны. Они также используются в спектрофотометрах для астрономических наблюдений, различных спектроскопических анализаторах в естественных науках, а также в производственном и контрольно-измерительном оборудовании для фармацевтических препаратов и химикатов.

Принцип дифракционных решеток

Дифракционные решетки изготавливаются путем осаждения из паров металла, такого как алюминий, на стеклянную подложку и гравировки большого количества параллельных линий (от 15 000 до 30 000 для УФ- и видимого света и от 1 500 до 2 500 для инфракрасного света). Эти канавки рассеивают падающий свет, что приводит к интерференционным полосам. В результате падающий свет может быть спектрально разделен в соответствии с длиной волны.

По сравнению с призмами, дифракционные решетки используются во многих спектрометрах из-за их превосходного разрешения по свету и одинаковой дисперсии на всех длинах волн. Призмы изготавливаются из оптического стекла и рассеивают свет, используя различные показатели преломления для каждой длины волны света. Дифракционные решетки используют тот факт, что направление дифракции падающего света преломляется в разных направлениях в зависимости от длины волны света, чтобы рассеивать его.

Основной принцип дифракционных решеток проиллюстрирован на рисунке ниже. Дифракционные решетки используют явление дифракции света. Свет, падающий на микроскопическую щель S0, дифрагирует в различных направлениях, при этом S0 является источником волны. Дифракционные решетки имеют канавки или другие структуры (S1, S2, …, G1, G2, …), соответствующие этим щелям, или G1, G2, …) на равных интервалах (в решетке). Свет, излучаемый или отражаемый от канавок, вызывает интерференцию. Свет, излучаемый или отражаемый от канавок, вызывает интерференцию. Интерферирующий свет в угловом направлении излучаемого или отраженного угла, такой что оптическая разность хода между соседними канавками является четным кратным половины длины волны (целым кратным длины волны), усиливает друг друга, в то время как интерферирующий свет в угловом направлении, такой что оптическая разность хода является нечетным кратным половины длины волны (половина целого кратного длины волны), ослабляет друг друга. Используя этот принцип, свет можно разделить на длины волн и извлечь.

Существует два типа дифракционных решеток: оригинальные и реплики. Оригинальные решетки сложно и дорого изготавливать, поскольку они должны быть особенно точными. Решетки-реплики можно изготавливать в больших количествах из оригинальных решеток, поэтому они недорогие и широко используются.

Типы дифракционных решеток и на что обратить внимание

Существует два основных типа дифракционных решеток. Одна пропускает свет, а другая отражает свет. Пропускающие решетки, которые пропускают свет, используются нечасто, поскольку они требуют прозрачности в широком диапазоне длин волн, но они часто используются в образовательных учреждениях в качестве простых демонстраций спектроскопии естественного света, например. Отражательные решетки, другой тип дифракционных решеток, представляют собой решетки, выгравированные на металлической поверхности, и эти решетки в основном используются в спектрофотометрах, требующих высокой точности.

При обращении с дифракционными решетками необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить прилипания к ним грязи. Например, обращение с решеткой голыми руками может привести к прилипанию таких компонентов, как кожное сало, к решетке и ухудшению ее характеристик. Кроме того, в среде, склонной к конденсации, вода может прилипать к дифракционным решеткам и ухудшать их оптические характеристики. Кроме того, при работе с интенсивным светом, таким как лазерный свет, необходимо заранее проверить дифракционное поведение и понять направление, в котором летит свет, чтобы он не облучал людей.