Дифракционная решетка
-
Дифракционная решетка
- Оптическая решетка с периодической структурой, преломляющая свет на несколько лучей.
- Окраска зависит от угла падения, расстояния между элементами и длины волны.
- Используется в монохроматорах, спектрометрах и оптических датчиках.
-
История и развитие
- Джеймс Грегори наблюдал дифракцию на птичьем пере.
- Первая искусственная решетка создана Дэвидом Риттенхаусом в 1785 году.
- Йозеф фон Фраунгофер применил решетку для получения спектров.
- Фридрих Адольф Ноберт и другие разработали современные решетки.
-
Принцип работы
- Уравнение решетки связывает расстояние между элементами, угол падения и дифрагированную волну.
- Решетка может быть отражающей или пропускающей.
- Режим нулевого порядка соответствует отражению или преломлению.
-
Теория дифракции
- Каждая щель в решетке действует как точечный источник волн.
- Интерференция волн создает пики и впадины в интенсивности.
- Максимумы интенсивности приходятся на углы дифракции, удовлетворяющие уравнению решетки.
-
Применение и примеры
- Дифракционные решетки используются в оптических дисках и декоративных пленках.
- Радужные цвета на оптических дисках и зонтах также вызваны дифракцией.
- Иризация на воде вызвана интерференцией тонких пленок.
-
Типы дифракционных решеток
- Дифракционные решетки с амплитудой пропускания и отражения
- Дифракционные решетки с фазой пропускания и отражения
- Дифракционная решетка на оптической оси
-
Квантовая электродинамика и дифракционные решетки
- КЭД объясняет свойства дифракционных решеток через фотоны
- Амплитуды вероятности фотонов суммируются для определения вероятности события
- Дифракционные решетки удаляют области, гасящие амплитуды, для увеличения вероятности
-
Решетки как дисперсионные элементы
- Решетка разделяет полихроматический луч на составляющие длины волн
- Каждая длина волны направляется под разным углом, создавая радугу цветов
- Дифрагированные лучи могут перекрываться в зависимости от спектрального состава и плотности решетки
-
Изготовление дифракционных решеток
- Решетки SR (поверхностный рельеф) имеют углубления и возвышения
- Голографические решетки создаются с помощью интерференционных картин
- Решетки VPH (объемно-фазовая голография) используют светочувствительный гель для модуляции показателя преломления
-
Дифракционные решетки VPH
- Пропускающие и отражающие решетки VPH
- Светочувствительные вещества устойчивы к влажности и механическим воздействиям
- Не разрушаются при случайных прикосновениях
-
Сверкающие решетки
- Рельефные решетки с пилообразными пазами
- Максимальная дифракционная эффективность в одном порядке дифракции
- Используются для выбора длины волны в лазерах
-
Цифровая планарная голография (DPH)
- Решетки генерируются на компьютере
- Свет распространяется внутри решеток, ограниченный градиентом показателя преломления
- Обеспечивает более длительный путь взаимодействия и гибкость в управлении освещением
-
Примеры использования
- Монохроматоры, спектрометры, лазеры, мультиплексирование, сжатие импульсов, интерферометры
- CD и DVD-диски как дифракционные решетки
- Виниловые пластинки и электронные ридеры
-
Решетки из электронных компонентов
- ПЗС-датчики и ЖК-дисплеи как дифракционные решетки
- Лазерная указка для выявления структуры ПЗС-матриц
-
Естественные решетки
- Поперечнополосатая мышца и химическая структура кристаллов
- Переливающиеся цвета у птиц, рыб и насекомых вызваны интерференцией тонких пленок
- Дифракционные короны в метеорологии
-
Дополнительные эффекты
- Дифракция на щелях, дифракционный всплеск, дифракционный солнечный парус
- Дифракция Фраунгофера, дифракция Френеля, гризмы
- Эффект Капицы–Дирака, дифракционная формула Кирхгофа
- N-щелевое интерферометрическое уравнение, ультразвуковая решетка
- Фазированная антенная решетка с виртуальным изображением, зональная пластина