Дифракционная решётка

оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа параллельных, равноотстоящих друг от друга штрихов одинаковой формы, нанесённых на плоскую или вогнутую оптическую поверхность. Таким образом, Д. р. представляет собой периодическую структуру: штрихи с определённым и постоянным для данной решётки профилем повторяются через строго одинаковый промежуток d, называется периодом Д. р. (рис.). В Д. р. происходит Дифракция света. Основное свойство Д. р. — способность разлагать падающий на неё пучок света по длинам волн, т. е. в спектр, что используется в спектральных приборах (См. Спектральные приборы). Если штрихи нанесены на плоскую поверхность, то Д. р. называются плоскими, если на вогнутую (обычно сферическую) поверхность — вогнутыми. Различают отражательные и прозрачные Д. р. У отражательных штрихи наносятся на зеркальную (обычно металлическую) поверхность и наблюдение ведётся в отражённом свете. У прозрачных штрихи наносятся на поверхность прозрачной (обычно стеклянной) пластинки (или вырезаются в виде узких щелей в непрозрачном экране) и наблюдение ведётся в проходящем свете. В современных спектральных приборах применяются главным образом отражательные Д. р.

Наиболее наглядно описание действия Д. р. в случае прозрачной Д. р. При падении монохроматического параллельного пучка света с длиной волны λ под углом α на Д. р., состоящую из щелей ширины b, разделённых непрозрачными промежутками, происходит Интерференция волн, исходящих от разных щелей. В результате после фокусировки положения максимумов на экране (рис.) определяются уравнением: d (sin α + sin β) = mλ, где β — угол между нормалью к решётке и направлением распространения пучка (угол дифракции); целое число m = 0, ± 1, ± 2, ± 3,... равно количеству длин волн, на которое волна от некоторого элемента данной щели Д. р. отстаёт от волны, исходящей от такого же элемента соседней щели (или опережает её). Монохроматические пучки, относящиеся к различным значениям m, называются порядками спектра, а даваемые ими изображения входной щели — спектральными линиями. Все порядки, соответствующие положительным и отрицательным значениям m, лежат симметрично относительно нулевого. По мере возрастания числа щелей Д. р. спектральные линии становятся более узкими и резкими. Если на Д. р. падает излучение сложного спектрального состава, то для каждой длины волны получится свой набор спектральных линий и, следовательно, излучение будет разложено в спектры по числу возможных значений m. Относительная интенсивность линий определяется функцией распределения энергии от отдельной щели.

Основными характеристиками Д. р. являются угловая дисперсия и разрешающая способность. Угловая дисперсия, определяющая угловую ширину спектра, зависит от отношения разности углов дифракции для двух длин волн:

Т. о., угловая ширина спектров изменяется приблизительно пропорционально номеру порядка спектра. Разрешающая способность R измеряется отношением длины волны к наименьшему интервалу длин волн, который ещё может разделить решётка:

где N — число щелей Д. р., a W — ширина заштрихованной поверхности. При заданных углах разрешающая способность может быть повышена только за счёт увеличения ширины Д. р.

Д. р., применяемые для работы в различных областях спектра, отличаются частотой и профилем штрихов, размерами, формой, материалом поверхности и др. Для ультрафиолетовой и видимой областей наиболее типичны Д. р., имеющие от 300 до 1200 штрихов на 1 мм. Штрихи этих Д. р. выполняют в слое алюминия, предварительно нанесённом на стеклянную поверхность испарением в вакууме. Д. р. для вакуумной ультрафиолетовой области изготавливаются преимущественно на стеклянных поверхностях. В этой области незаменимы Д. р., изготовленные на вогнутых (в большинстве случаев — сферических) поверхностях, обладающих способностью фокусировать спектр. В инфракрасной области применяются Д. р., называемые Эшелеттами, которые имеют от 300 до 0,3 штрихов на 1 мм и выполняются на различных мягких металлах.

Кроме спектральных приборов, Д. р. применяются также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные Д. р.), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в Интерферометрах и для др. целей. В СССР изготовляются все известные виды Д. р. Максимальное количество штрихов на 1 мм составляет 2400, а максимальный размер заштрихованной поверхности равен 300 × 300 мм.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Курс общей физики, т. 3); Тарасов К. И., Спектральные приборы, Л., 1968. См. также лит. при ст. Дифракция света.

Ф. М. Герасимов.

Схема образования спектров прозрачной дифракционной решётки, состоящей из щелей, при освещении её монохроматическим светом (M₁ ) и светом сложного спектрального состава (М₂).

ДИФРАКЦИОННАЯ решетка - оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света. Дифракционная решетка разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА, оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа (300-1200 на 1 мм для ультрафиолетовой и видимой области) регулярно расположенных элементов (щелей в непрозрачном или штрихов на отражающем экранах), на которых происходит дифракция. Дифракционная решетка разлагает падающий на нее свет в спектр, что используется в спектральных приборах.

опт. gitter

grating array, diffraction grating, grating, diffraction lattice

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА

оптич. прибор, представляющий собой периодич. структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на к-рых происходит дифракция света (напр., параллельных и равноотстоящих штрихов, нанесённых на плоскую или вогнутую оптич. поверхность). Штрихи с определённым и постоянным для данной Д. р. профилем повторяются через одинаковый промежуток d, наз. её периодом (рис. 1). Осн. св-во Д. р.— способность раскладывать падающий на неё пучок света по длинам волн, поэтому она используется в кач-ве диспергирующего элемента в спектральных приборах. Если штрихи нанесены на плоскую поверхность, то Д. р. наз. п л о с к о й, если на вогнутую (обычно сферическую) поверхность — в о г н у т о й. Различают отражательные и прозрачные Д. р. У отражательных Д. р. штрихи наносятся на зеркальную (обычно металлическую) поверхность, и наблюдение ведётся в отражённом свете. У прозрачных Д. р. штрихи наносятся на поверхность прозрачной (обычно стеклянной) пластинки (или вырезаются в виде узких щелей в непрозрачном экране), и наблюдение ведётся в проходящем свете. В совр. спектр. приборах применяются гл. обр. отражат. Д. р.

Наиболее наглядно описание действия Д. р. для прозрачной Д. р. При падении монохроматического параллельного пучка света с длиной волны l под углом a на Д. р. (рис. 1), состоящую из щелей ширины 6, разделённых непрозрачными промежутками, происходит интерференция волн, исходящих из разных щелей.

Рис. 1. Схема образования спектров с помощью прозрачной дифракц. решётки, состоящей из щелей.

В результате после фокусировки на экране образуются максимумы, положение к-рых определяется ур-нием: d(sina+sinb)=ml, где b — угол между нормалью к решётке и направлением распространения дифракц. пучка (угол дифракции); целое число m=0, ±1,:±2, ±3,... равно кол-ву длин волн, на к-рое волна от нек-рого элемента данной щели Д. р. отстаёт от волны, исходящей от такого же элемента соседней щели (или опережает её). Монохроматич. пучки, относящиеся к разл. значениям m, наз. порядками спектра, а создаваемые ими изображения входной щели — спектральными линиями М1. Все порядки, соответствующие положит. и отрицат. значениям то, симметричны относительно нулевого. По мере возрастания числа щелей Д. р. спектр. линии становятся более узкими и резкими.

Если на Д. р. падает излучение сложного спектр. состава, то для каждой длины волны получится свой набор спектр. линий M2, и, следовательно, излучение будет разложено в спектры по числу возможных значений т. Относит. интенсивность линий определяется ф-цией распределения энергии от отдельной щели.

Осн. хар-ками Д. р. явл. угловая дисперсия и разрешающая способность. Угловая дисперсия Db/Dl, характеризующая угл. ширину спектра, для данной l не зависит от параметров решётки, а зависит только от углов a и b и возрастает с увеличением b:

Т. о., угл. ширина спектров изменяется приблизительно пропорц. номеру порядка спектра. Разрешающая способность R измеряется отношением l к наименьшему интервалу длин волн Dl, к-рый ещё может разделить решётка:

R=l/Dl=mN =(W/l)(sina+sinb),

где N — число штрихов Д. р., а W — ширина всей Д. р. При заданных углах R может быть повышена только за счёт W. Д. р. даёт неск. налагающихся друг на друга спектров разл. порядков. Макс. интервал длин волн, к-рый можно наблюдать без переналожения, наз. свободной спектральной областью Fl=l/m, где l — мин. длина волны спектр. интервала.

Д. р., применяемые для работы в разл. областях спектра, отличаются размерами, формой, материалом поверхности, профилем штрихов и их частотой (от 6000 штрих/мм в рентгеновской до 0,25 штрих/мм в ИК).

Большинство совр. Д. р. имеют штрихи ступенчатого профиля, позволяющие сконцентрировать осн. часть падающей энергии в направлении к.-л. одного ненулевого порядка (см. ЭШЕЛЕТТ).

Для УФ и видимой областей наиб. типичны Д. р., имеющие от 300 до 1200 штрих/мм. Штрихи этих Д. р. выполняют в тонком слое алюминия, предварительно нанесённом на стеклянную поверхность испарением в вакууме. Д. р. в вакуумной УФ области изготавливаются на стеклянных поверхностях.

Рис. 2. Схема образования спектров с помощью вогнутой дифракц. решётки.

В этой области незаменимы вогнутые отражательные Д. р., выполняющие одновременно роль Д. р. и собирающей линзы. Если поместить вогнутую Д. p. G (радиуса r0) и источник света S (рис. 2) на окружности радиуса r0/2, то спектр фокусируется на той же окружности (окружность Р о у л а н д а). Для уменьшения астигматизма вогнутые Д. р. иногда выполняют с перем. шагом и непрямолинейными штрихами или наносят их на асферич. поверхности.

В 70-х гг. разработана новая технология изготовления Д. р., основанная на создании периодич. распределения интенсивности на спец. фоточувствит. материалах (фоторезистах) в результате интерференции лазерного излучения. Такие Д. р., наз. топографическими, имеют высокое кач-во и применяются в видимой и УФ областях спектра; число штрихов в этих решётках доходит до 6000 на 1 мм, а размеры до 600X400 мм2. Д. Р. применяются не только в спектр. приборах, но также в кач-ве оптич. датчиков линейных и угл. перемещений (измерительные Д. р.), поляризаторов и фильтров ИК излучения, делителей пучков в интерферометрах и для др. целей.

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА, пластина с нанесенными на нее параллельными линиями на равном расстоянии друг от друга (до 1500 на 1 мм), которая служит для получения СПЕКТРОВ при ДИФРАКЦИИ света. Трансмиссионные решетки - прозрачные и расчерчиваются на стекле; отражательные дифракционные решетки непрозрачны и расчерчиваются на металлических пленках. Такие решетки используются в спектроскопии. см. также ДИФРАКЦИЯ,ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ.

дифракцио́нная решётка

оптический прибор, представляющий собой периодическую структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на которых происходит дифракция света. Это могут быть параллельные щели в непрозрачном экране или отражающие зеркальные полоски (штрихи), равноотстоящие друг от друга. Дифракционная решетка разлагает падающий на неё пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах.

* * *

ДИФРАКЦИО́ННАЯ РЕШЕТКА, оптический прибор; совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных полосок (штрихов), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света. Дифракционная решетка разлагает падающий на нее пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах.

совокупность большого числа сосредоточ. в ограни ч. области пространства элементов, на к-рых происходит дифракция света. По структуре Д. р. разделяются на нерегулярные, имеющие хаотически располож. элементы, и регулярные; на одно-, двух-(поверхностные) и трёхмерные (пространственные). Регулярные одномерные Д. р. (наиболее распространены) представляют собой совокупность паралл. штрихов, расстояние d между к-рыми постоянно (d раз. постоянной Д. р.). Штрихи могут наноситься на поверхность прозрачной, например стек., пластины (пропускающая Д. р.) либо на отражающую, например покрытую алюминием, поверхность (отражательная Д. р.). Эти Д. р. (плоские и вогнутые, позволяющие фокусировать излучение) широко используются в спектральных приборах. Спектры, получ. с помощью Д. р., имеют вид чередующихся максимумов и минимумов интенсивности света (см. рис.), а направления на гл. максимумы определяются из соотношения d(sina - sin Бета) = m*Лямбда, где а и р углы между направлениями распространения падающего на Д. р. (угол падения) и дифрагировавшего (угол дифракции) излучений и направлением нормали к плоскости решётки, Лямбда - длина волны света, т = 0, ±1, ±2,... - число, называемое порядком спектра. Совр. Д. р. в осн. отражательные, со штрихами треугольной формы, что позволяет сконцентрировать до 80% падающего на Д. р. излучения в спектре определ. порядка (для к-рого направление дифракции совпадает с направлением зеркально отражённого от поверхности штриха падающего на Д. р. излучения). Трёхмерные Д. р. используются для дифракции рентгеновских лучей (см. в ст. Дифракция).

ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЁТКА — оптический прибор, представляющий собой систему большого числа параллельных щелей в каком-либо непрозрачном экране или параллельных штрихов на оптической поверхности, а также совокупность отражающих зеркальных полосок; при прохождении через такую решётку (или отражении от неё) свет (см.) за щелью разлагается в спектр (см.) вследствие дифракции (см.).

grating array, diffraction grating, grating, diffraction lattice

* * *

diffraction grating

reticolo di diffrazione

дифракці́йні ґра́ти, дифракці́йна ґра́тка

дифракці́йні ґра́ти, дифракці́йна ґра́тка

оптич. прибор, представляющий собой периодич. структуру из большого числа регулярно расположенных элементов, на к-рых происходит дифракция света. Это могут быть параллельные щели в непрозрачном экране или отражающие зеркальные полоски (штрихи), равноотстоящие друг от друга. Д. р. разлагает падающий на неё пучок света в спектр, что используется в спектральных приборах.

оптический прибор, совокупность большого количества параллельных щелей в непрозрачном экране или отражающих зеркальных штрихов (полосок), равноотстоящих друг от друга, на которых происходит дифракция света. Д.Р. разлагает падающий на нее свет в спектр, что используется в спектральных приборах.