дифракційна решітка

Дифракції про нна решітка, оптичний прилад, що представляє собою сукупність великого числа паралельних, рівновіддалених один від одного штрихів однакової форми, нанесених на плоску або увігнуту оптичну поверхню. Таким чином, Д. р. являє собою періодичну структуру: штрихи з певним і постійним для даної решітки профілем повторюються через строго однаковий проміжок d, називається періодом Д. р. (Рис.). В ДР. відбувається дифракція світла . Основна властивість Д. р. - здатність розкладати падаючий на неї пучок світла по довжинах хвиль, т. Е. 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. У прозорих штрихи наносяться на поверхню прозорої (зазвичай скляною) пластинки (або вирізаються у вигляді вузьких щілин у непрозорому екрані) і спостереження ведеться в прохідному світлі. В сучасних спектральних приладах застосовуються головним чином відбивні Д. р.

Найбільш наочно опис дії Д. р. в разі прозорої Д. р. При падінні монохроматичного паралельного пучка світла з довжиною хвилі l під кутом a на Д. р., Що складається з щілин ширини b, розділених непрозорими проміжками, відбувається інтерференція хвиль, що виходять від різних щілин. В результаті після фокусування положення максимумів на екрані (рис.) Визначаються рівнянням: d (sin a + sin b) = m l, де b - кут між нормаллю до грат і напрямком поширення пучка (кут дифракції); ціле число m = 0, ± 1, ± 2, ± 3, ... дорівнює кількості довжин хвиль, на яке хвиля від деякого елемента даної щілини Д. р. відстає від хвилі, що виходить від такого ж елемента сусідній щілини (або випереджає її). Монохроматичні пучки, що відносяться до різних значень m, називаються порядками спектра, а даються ними зображення вхідної щілини - спектральними лініями. Всі порядки, відповідні позитивним і негативним значенням m, лежать симетрично щодо нульового. У міру зростання числа щілин Д. р. спектральні лінії стають більш вузькими і різкими. 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, яка визначає кутову ширину спектра, залежить від ставлення різниці кутів дифракції для двох довжин хвиль:

Т. о., Кутова ширина спектрів змінюється приблизно пропорційно номеру порядку спектра. Роздільна здатність R вимірюється ставленням довжини хвилі до найменшому інтервалу довжин хвиль, який ще може розділити решітка:

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

Д. р., Що застосовуються для роботи в різних областях спектру, відрізняються частотою та профілем штрихів, розмірами, формою, матеріалом поверхні і ін. Для ультрафіолетової і видимої областей найбільш типові Д. р., Мають від 300 до 1200 штрихів на 1 мм. Штрихи цих Д. р. виконують в шарі алюмінію, попередньо нанесеному на скляну поверхню випаровуванням 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 мають здатність фокусувати спектр. В інфрачервоній області застосовуються Д. р., Звані ешелет , Які мають від 300 до 0,3 штрихів на 1 мм і виконуються на різних м'яких металах.

Крім спектральних приладів, Д. р. застосовуються також в якості оптичних датчиків лінійних і кутових переміщень (вимірювальні Д. р.), поляризаторів і фільтрів інфрачервоного випромінювання, подільників пучків в інтерферометрах і для ін. цілей. В СРСР виготовляються всі відомі види Д. р. Максимальна кількість штрихів на 1 мм становить 2400, а максимальний розмір заштрихованої поверхні дорівнює 300 '300 мм.

Літ .: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 видавництва., М., 1957 (Курс загальної фізики, т. 3); Тарасов К. І., Спектральні прилади, Л., 1968. Див. Також літ. при ст. дифракція світла .

Ф. М. Герасимов.

Схема освіти спектрів прозорою дифракційної решітки, що складається з щілин, при висвітленні її монохроматичним світлом (M1) і світлом складного спектрального складу (М2).