Дифракційні грати
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Дифракційні грати

Дифракційні грати, оптичний прилад, що є сукупністю великого числа паралельних, рівновіддалених один від одного штрихів однакової форми, нанесених на плоску або увігнуту оптичну поверхню. Таким чином, Д. р. є періодичною структурою: штрихи з визначеним і постійним для даних грат профілем повторюються через строго однаковий проміжок d , називається періодом Д. р. ( мал. ). У Д. р. відбувається дифракція світла . Основна властивість Д. р. — здатність розкладати падаючий на неї пучок світла по довжинах хвиль, тобто в спектр, що використовується в спектральних приладах . Якщо штрихи нанесені на плоску поверхню, то Д. р. називаються плоскими, якщо на увігнуту (зазвичай сферичну) поверхню — увігнутими. Розрізняють відбивні і прозорі Д. р. У відбивних штрихи наносяться на дзеркальну (зазвичай металеву) поверхню і спостереження ведеться у відбитому світлі. В прозорих штрихи наносяться на поверхню прозорої (зазвичай скляною) пластинки (або вирізуються у вигляді вузьких щілин в непрозорому екрані) і спостереження ведеться в проходящем світлі. У сучасних спектральних приладах застосовуються головним чином відбивні Д. р.

загрузка...

  Найбільш наочний опис дії Д. р. в разі прозорої Д. р. При падінні монохроматичного паралельного пучка світла з довжиною хвилі l під кутом а на Д. р., що складається з щілин ширини b , розділених непрозорими проміжками, відбувається інтерференція хвиль, витікаючих від різних щілин. В результаті після фокусування положення максимумів на екрані ( мал. ) визначаються рівнянням: d (sin а + sin b) = m l, де b — кут між нормаллю до грат і напрямом поширення пучка (кут дифракції); ціле число m = 0 ± 1 ± 2 ± 3... дорівнює кількості довжин хвиль, на яке хвиля від деякого елементу даної щілини Д. р. відстає від хвилі, витікаючої від такого ж елементу сусідньої щілини (або випереджає її). Монохроматичні пучки, що відносяться до різних значень m , називаються порядками спектру а зображення вхідної щілини, що даються ними, — спектральними лініями. Всі порядки, відповідні позитивним і негативним значенням m , лежать симетрично відносно нульового. У міру зростання числа щілин Д. р. спектральні лінії стають вужчими і різкішими. Якщо на Д. р. падає випромінювання складного спектрального складу, то для кожної довжини хвилі вийде свій набір спектральних ліній і, отже, випромінювання буде розкладено в спектри по числу можливих значень m . Відносна інтенсивність ліній визначається функцією розподілу енергії від окремої щілини.

  Основними характеристиками Д. р. є кутова дисперсія і роздільна здатність. Кутова дисперсія, що визначає кутову ширину спектру, залежить від відношення різниці кутів дифракції для двох довжин хвиль:

Т. о., кутова ширина спектрів змінюється приблизно пропорційно номеру порядку спектру. Роздільна здатність R вимірюється відношенням довжини хвилі до найменшого інтервалу довжин хвиль, який ще може розділити грати:

де N — число щілин Д. р., а W — ширина заштрихованої поверхні. При заданих кутах роздільна здатність може бути підвищена лише за рахунок збільшення ширини Д. р.

  Д. р., вживані для роботи в різних областях спектру, відрізняються частотою і профілем штрихів, розмірами, формою, матеріалом поверхні і ін. Для ультрафіолетової і видимої областей найбільш типові Д. р., що мають від 300 до 1200 штрихів на 1 мм . Штрихи цих Д. р. виконують в шарі алюмінію, заздалегідь нанесеному на скляну поверхню випаром у вакуумі. Д. р. для вакуумної ультрафіолетової області виготовляються переважно на скляних поверхнях. У цій області незамінні Д. р., виготовлені на увігнутих (в більшості випадків — сферичних) поверхнях, що володіють здатністю фокусувати спектр. У інфрачервоної області застосовуються Д. р., звані ешелетами, які мають від 300 до 0,3 штрихів на 1 мм і виконуються на різних м'яких металах.

  Окрім спектральних приладів, Д. р. застосовуються також як оптичні датчики лінійних і кутових переміщень (вимірювальні Д. р.), поляризатори і фільтри інфрачервоного випромінювання, дільників пучків в інтерферометрах і для ін. цілей. У СРСР виготовляються всі відомі види Д. р. Максимальна кількість штрихів на 1 мм складає 2400, а максимальний розмір заштрихованої поверхні дорівнює 300 ´ 300 мм .

  Літ.: Ландсберг Р. С., Оптика, 4 видавництва, М., 1957 (Курс загальної фізики, т. 3); Тараса До. І., Спектральні прилади, Л., 1968. Див. також літ.(літературний) при ст. Дифракція світла .

  Ф. М. Герасимов.

Схема утворення спектрів прозорих дифракційних грат, що складаються з щілин, при освітленні її монохроматичним світлом (M 1 ) і світлом складного спектрального складу (М 2 ).