Reticolo di diffrazione Il principio del reticolo di diffrazione

Non è un segreto che insieme alla materia tangibile siamo circondati da campi ondulati con i loro processi e le loro leggi. Può essere sia elettromagnetico, sia sonoro, sia vibrazioni luminose, che sono inseparabilmente connesse al mondo visibile, interagiscono con esso e lo influenzano. Tali processi ed effetti sono stati a lungo studiati da vari scienziati che hanno tratto le leggi fondamentali che sono rilevanti fino ad oggi. Una delle forme ampiamente utilizzate di interazione tra materia e onde è la diffrazione, il cui studio ha portato all'emergere di un tale dispositivo come un reticolo di diffrazione, che è stato ampiamente utilizzato in dispositivi per ulteriori indagini sulla radiazione dell'onda e nella vita di tutti i giorni.

Concetto di diffrazione

La diffrazione si riferisce al processo di flessione attorno a luce, suono e altre onde di un ostacolo incontrato sulla loro strada. Più in generale, questo termine può essere chiamato qualsiasi deviazione della propagazione delle onde dalle leggi dell'ottica geometrica, che si verificano in prossimità di ostacoli. A causa del fenomeno della diffrazione, le onde cadono nella regione di un'ombra geometrica, si piegano intorno agli ostacoli, penetrano piccoli fori negli schermi e così via. Ad esempio, è possibile ascoltare bene il suono, trovandosi dietro l'angolo della casa, a causa del fatto che onda sonora intorno a lui. La diffrazione dei raggi luminosi si manifesta nel fatto che l'area d'ombra non corrisponde al foro di throughput o all'ostacolo esistente. Il principio di funzionamento del reticolo di diffrazione si basa su questo fenomeno. Pertanto, lo studio di questi concetti è inseparabile l'uno dall'altro.

Il concetto di un reticolo di diffrazione

Il reticolo di diffrazione è un prodotto ottico, che è una struttura periodica costituita da un gran numero di fessure molto strette separate da lacune opache.

Un'altra variante di questo dispositivo è un insieme di tratti microscopici paralleli, aventi la stessa forma, applicati su una superficie ottica concava o piatta con la stessa altezza predeterminata. Quando le onde luminose sono incidenti su una griglia, si verifica il processo di ridistribuzione del fronte d'onda nello spazio, che è causato dal fenomeno di diffrazione. Cioè, la luce bianca viene scomposta in onde separate aventi lunghezze diverse, che dipende dalle caratteristiche spettrali del reticolo di diffrazione. Molto spesso per lavorare con la gamma visibile dello spettro (con una lunghezza d'onda di 390-780 nm) utilizzare dispositivi aventi da 300 a 1600 colpi al millimetro. In pratica, il reticolo appare come un vetro piano o una superficie metallica con solchi ruvidi (tratti) applicati con un certo intervallo che non trasmettono luce. Con l'aiuto di grate in vetro, le osservazioni vengono eseguite sia in luce trasmessa che riflessa, con l'aiuto di grate metalliche - solo in luce riflessa.

Tipi di griglie

Come già accennato, i reticoli di diffrazione sono riflettenti e trasparenti in base al materiale utilizzato nella fabbricazione e alle caratteristiche di utilizzo. I primi sono i dispositivi, che sono una superficie a specchio metallico con tratti applicati, che vengono utilizzati per le osservazioni in luce riflessa. Nei reticoli trasparenti, le corse vengono applicate a una speciale superficie ottica di trasmissione del raggio (piatta o concava), oppure fessure strette vengono tagliate in un materiale opaco. La ricerca nell'uso di tali dispositivi è effettuata in luce trasmessa. Un esempio di reticolo di diffrazione grossolana in natura è rappresentato dalle ciglia. Guardando attraverso le palpebre socchiuse, puoi vedere le linee spettrali ad un certo punto.

Principio di funzionamento

Il lavoro del reticolo di diffrazione si basa sul fenomeno della diffrazione di un'onda luminosa che, passando attraverso un sistema di aree trasparenti e opache, è divisa in fasci separati di luce coerente. Subiscono diffrazione sui tratti. E allo stesso tempo interferire l'uno con l'altro. ogni lunghezza d'onda ha il suo angolo di diffrazione, quindi la decomposizione della luce bianca nello spettro.

Risoluzione del reticolo di diffrazione

Essendo un dispositivo ottico utilizzato in dispositivi spettrali, ha un numero di caratteristiche che ne determinano l'uso. Una di queste proprietà è la risoluzione, che consiste nella possibilità di osservare separatamente due linee spettrali con una lunghezza d'onda vicina. Il miglioramento di questa caratteristica si ottiene aumentando il numero totale di linee presenti nel reticolo di diffrazione.

In un buon dispositivo, il numero di corse per millimetro raggiunge 500, cioè con una lunghezza totale del reticolo di 100 millimetri, il numero totale di tratti sarà 50.000.Questa figura aiuterà a ottenere massimi interferenza più stretti, che consentiranno di selezionare le linee spettrali vicine.

Uso di reticoli di diffrazione

Usando questo dispositivo ottico, è possibile determinare accuratamente la lunghezza d'onda, quindi viene utilizzato come elemento di dispersione negli strumenti spettrali per vari scopi. Il reticolo di diffrazione viene utilizzato per evidenziare la luce monocromatica (in monocromatori, spettrofotometri, ecc.), Come un sensore ottico di spostamenti lineari o angolari (il cosiddetto reticolo di misurazione), in polarizzatori e filtri ottici, come divisore di raggi di radiazione nell'interferometro, nonché in vetri antiriflesso .

Nella vita di tutti i giorni, puoi spesso imbatterti in esempi di reticoli di diffrazione. Il più semplice del riflettente può essere considerato il taglio di compact disc, perché una traccia a spirale viene applicata sulla loro superficie con un passo di 1,6 μm tra le spire. La terza parte della larghezza (0,5 μm) di tale traccia cade su una rientranza (dove sono contenute le informazioni registrate) che disperdono la luce incidente e circa due terzi (1,1 μm) è occupata da un substrato incontaminato in grado di riflettere i raggi. Pertanto, il compact disc è un reticolo di diffrazione riflettente con un periodo di 1,6 μm. Un altro esempio di tale dispositivo sono ologrammi di vari tipi e direzioni di applicazione.

fabbricazione

Per ottenere un reticolo di diffrazione di alta qualità, è necessario osservare una produzione di altissima precisione. L'errore quando si applica almeno un tratto o una fenditura porta a un abbattimento istantaneo del prodotto. Per il processo di fabbricazione viene utilizzata una speciale macchina divisoria con frese diamantate, fissata su una base massiccia speciale. Prima dell'inizio del processo di taglio del reticolo, questa apparecchiatura dovrebbe funzionare da 5 a 20 ore in modalità di riposo al fine di stabilizzare tutti i nodi. La fabbricazione di un singolo reticolo di diffrazione richiede quasi 7 giorni. Nonostante il fatto che l'applicazione di ogni colpo avvenga in soli 3 secondi. Le grate di questa produzione hanno tratti paralleli ugualmente distanti tra loro, la cui forma dipende dal profilo del tagliatore di diamanti.

Moderni reticoli di diffrazione per strumenti spettrali

Al momento attuale, una nuova tecnologia di produzione è diventata diffusa con l'aiuto dell'educazione su materiali speciali fotosensibili, chiamati fotoresist, del modello di interferenza ottenuto dalla radiazione laser. Di conseguenza, vengono prodotti prodotti con un effetto olografico. Gli ictus possono essere applicati in modo simile su una superficie piana, ottenendo un reticolo di diffrazione piatto o uno sferico concavo, che darà un dispositivo concavo con un effetto di messa a fuoco. Nella costruzione di moderni strumenti spettrali, entrambi sono usati.

Pertanto, il fenomeno della diffrazione è comune nella vita di tutti i giorni ovunque. Ciò porta all'uso diffuso di un dispositivo basato su questo processo, come un reticolo di diffrazione. Può diventare parte di un'attrezzatura di ricerca o incontrarsi nella vita di tutti i giorni, ad esempio come base di prodotti olografici.