Griyaj difraksyon
Eleman dispèsyon optik · Spectroskopi · Lazè · Telecom · Sous: PhotonLab
Griyaj difraksyon yo se eleman kle optik nan yon pakèt aplikasyon, tankou espektwomèt, lòt enstriman analyse, telekominikasyon ak sistèm lazè. Yon griyaj gen yon estrikti mikwoskopik renur peryodik ki divize limyè ensidan an nan plizyè chemen travès atravè difraksyon, sa ki lakòz limyè ki gen longèdonn diferan pwopaje nan diferan direksyon. Sa fè yon griyaj difraksyon fonksyonèl menm jan ak yon prism dispersif, byenke yon prism separe longèdonn yo pa refraksyon ki depann de longèdonn- olye ke difraksyon (Figi 1).
Figi 1. Yon prism dispersif separe longèdonn pa refraksyon (anwo), pandan y ap yon griyaj difraksyon separe longèdonn pa difraksyon akòz estrikti sifas li (anba).
Ensidan limyè sou yon griyaj difrakte dapre ekwasyon griyaj la:
Isit la,mse yon nonb antye ki dekri lòd difraksyon (oswa espèk),λse longèdonn limyè a,dse espas ki genyen ant siyon sou griyaj la, se ang ensidans, ak se ang difrakte limyè ki kite griyaj la. Entèferans konstriktif diferan fwon ond diffrakte rive nan miltip nonb antye relatif nan longèdonn la, ki se poukisa "m" parèt nan Ekwasyon (1).mdefini lòd difraksyon:m= 1 yo rele premye-difraksyon lòd,m= 2 se dezyèm-difraksyon lòd, ak sou sa (Figi 2). Sim= 0, limyè a swa dirèkteman reflete nan griyaj la oswa transmèt atravè li, tou depann de si li se yon griyaj refleksyon oswa transmisyon; sa yo rele zewo-difraksyon lòd. Kontrèman ak yon prism dispersif, longèdonn ki pi kout yo toujou pi pre limyè ki reflete oswa transmèt dirèkteman-nan ka sa a, 0yèm lòd la. Gen kèk sipèpoze ki egziste ant lòd diferan. Tout ang yo mezire nan griyaj nòmal la (pèpendikilè ak griyaj la).
Figi 2. Gen kèk limyè ki reflete dirèkteman kòm difraksyon 0yèm-lòd, pandan ke lòt pati nan limyè ensidan an yo difrakte nan ang premye-lòd depann sou longèdonn. Pi piti kantite yo separe an pi wo -ang 2yèm- ak 3yèm-difraksyon lòd.
Kisa pou w konsidere lè w ap chwazi yon griyaj
Lè w ap chwazi yon griyaj, li enpòtan pou presize ranje longèdonn, longèdonn flanm dife (longèdonn ki gen pi gwo efikasite nan spectre difraksyon an), ak ang flanm dife a. Ang flanm dife a dekri ang difraksyon premye -lòd longèdonn flanm dife a. Nan ang sa a, ak nan Ekwasyon (1) yo egal, epi limyè ensidan an ap diffrakte tounen nan direksyon kote li soti. Kondisyon sa a rele tou konfigirasyon Littrow. Opere tou pre ang sa a bay pi gwo efikasite.
Dansite Groove, oswa frekans Groove, anjeneral espesifye. Li se envès espas renurd. Yon pwopriyete kle nan yon sistèm optik se dispèsyon li yo, men sa depann de tou de pwopriyete griyaj la ak ki jan yo itilize griyaj la. San yo pa lòt detay sistèm, yon griyaj pou kont li pa ka asiyen yon règ tankou "yon wotasyon sèten koresponn ak yon separasyon longèdonn sèten." Pouvwa rezolisyon yon griyaj ka espesifye tou, epi li gen rapò ak rezolisyon espèk sistèm nan. Sepandan, rezolisyon sa a depann de griyaj la ak fant antre ak sòti sistèm lan. Pouvwa rezolisyon griyaj laRdepann sou lòd la espèkmak kantite rainures anba lumièresN:
Anjeneral, anpil renur yo eklere ke fant antre ak sòti yo-pa griyaj la-limite rezolisyon sistèm lan. Koub efikasite yo ka itilize tou pou verifye nivo diffraction atravè tout longèdonn yo itilize nan aplikasyon an.
Yon griyaj ta dwe omwen menm jan ak kòn limyè ensidan an oswa gwo bout bwa; otreman limyè ki soti nan bor yo pral pèdi. Se poutèt sa, yon griyaj ta dwe toujou underfilled pou anpeche limyè pèdi soti nan rebondi nan sistèm nan ak jenere fo siyal.
Kalite griyaj
Griyaj refleksyon kont griyaj transmisyon
De kategori ki pi laj yo se griyaj refleksyon ak griyaj transmisyon. Figi 1 ak 2 montre griyaj refleksyon: esansyèlman miwa ak siyon mikwoskopik. Tout lòd difrakte reflete nan griyaj la nan diferan ang. Yon griyaj transmisyon se tankou yon lantiy ak siyon mikwoskopik: tout lòd difraksyon pase nan griyaj la, men yo konpanse pa ang yo bay nan Ekwasyon (1).
Griyaj regle kont griyaj olografik
Tou de griyaj refleksyon ak transmisyon ka plis divize an griyaj dirije ak griyaj olografik, ki diferan nan ki jan pwofil yo Groove yo kreye. Nan griyaj dirije, genyen siyon yo mekanikman grave oswa koupe nan eleman an. Nan griyaj olografik, genyen siyon yo prezante optik: yon materyèl fotosensib ki rele photoresist depoze sou yon substra epi ekspoze a yon modèl entèferans optik. Lè sa a, fotorezist ki rete a retire chimikman, kite modèl griyaj la. Griyaj dirije anjeneral gen siyon triyangilè (Figi 3), pandan y ap griyaj olografik anjeneral gen siyon sinusoidal (Figi 3 ak 4).
Figi 3. Griyaj difraksyon regle tipikman gen siyon triyangilè. Flèch sou griyaj: direksyon flanm dife.
Figi 4. Griyaj difraksyon olografik anjeneral gen siyon sinusoidal.
Echelle Gratings
Yon griyaj echèl karakterize pa yon espas renur ki pi gwo oswa pi ba dansite renur pase griyaj òdinè -tipikman apeprè 10×, epi pafwa jiska 100×. Limine yon griyaj echèl nan yon gwo ang ensidans ( ) pwodui gwo dispèsyon, rezolisyon segondè, ak efikasite ki depann de polarizasyon ki ba -. Griyaj sa yo byen adapte pou aplikasyon ki mande gwo rezolisyon, tankou enstriman astwonomik sansib ak sistèm k ap chèche rezolisyon nivo atomik-.
Griyaj avyon vs griyaj konkav
Tout kalite griyaj ki anwo yo ka plis divize an griyaj avyon ak griyaj konkav, ki dekri fòm jeneral yo. Griyaj avyon yo plat ak pi komen. Si genyen siyon yo dwat epi yo egalman espace, griyaj la plat, epi limyè ensidan an kolimate, Lè sa a, tout limyè difrakte rete kolimate. Sa a se benefisye nan anpil aplikasyon paske pwopriyete yo konsantre nan sistèm nan vin endepandan de longèdonn. Konpare ak griyaj konkav, griyaj avyon tou anjeneral diminye konpleksite sistèm. Griyaj konkav yo koube, kidonk yo swa konvèje oswa diverge limyè. Sa a se itil pou diminye kantite total eleman optik nan yon sistèm, men pwopriyete yo konsantre Lè sa a, depann sou longèdonn.
Aplikasyon pou griyaj
Monochromators
Yon monochromator sèvi ak yon griyaj konkav oswa avyon ansanm ak miwa pou chwazi yon bann etwat nan limyè ensidan an. Si yon -sous limyè blan antre nan yon aparèy konsa, li filtre tout longèdonn eksepte gwoup pwodiksyon etwat ki gen entansyon an. Figi 5 montre kouman yon monokromateur wotasyon griyaj la pou diferan longèdonn pase nan fant sòti a pandan tout lòt longèdonn yo bloke.
Figi 5. Plan-monokromatè griyaj (anwo) ak konkav- monokromatè griyaj (anba) tou de vire griyaj la pou eskane lòd difraksyon atravè fant sòti a epi detèmine egzakteman ki longèdonn ki ka kite aparèy la.
Spectrometers
Menm jan ak monokromateur, espektwomèt separe longèdonn yon sous bande, men yo pa gen okenn pati k ap deplase. Olye de sa, tout longèdonn separe yo imajine an menm tan sou yon etalaj detektè (Figi 6). Chak longèdonn imajine sou yon seri piksèl diferan, sa ki pèmèt aparèy la detèmine konbyen nan chak longèdonn ki egziste nan sous bande la. Spectrometers yo tipikman itilize lè analiz spectral rapid nesesè, paske pa gen okenn bezwen eskane longèdonn atravè yon detektè, ekonomize tan.
Figi 6. Espektwomèt griyaj plan-(anwo) ak espektwomèt griyaj konkav-(anba) tou de itilize yon griyaj fiks pou separe longèdonn ensidan yo sou diferan piksèl nan yon etalaj detektè.
Akor lazè
Gen plizyè fason pou itilize yon griyaj diffraction pou melodi pwodiksyon espektral lazè a oswa etwat gwoup pwodiksyon li yo. Ka griyaj la wotasyon pou sèlman yon lòd difraksyon espesifik kite lazè a; griyaj la ka rete estasyonè pandan yon glas wotasyon pou filtre gwoup pwodiksyon an; oswa griyaj la ka ranplase yon glas andedan lazè a pou etwat gwoup pwodiksyon an (Figi 7).
Figi 7. Twa konfigirasyon sa yo montre diferan fason yo itilize yon griyaj pou ajiste longèdonn pwodiksyon lazè oswa etwat ranje longèdonn pwodiksyon an.
Lazè Pulsasyon detire, konpresyon, ak anplifikasyon
Puls lazè kout, tankou pulsasyon ultrarapid, souvan gen gwo pouvwa pik ki ka domaje kouch optik sansib ak konpozan. Pou evite sa a, pafwa yo itilize yon pè griyaj difraksyon pou detire batman kè a, ogmante dire li yo ak diminye pik pouvwa li yo. Lè sa a, batman kè a lonje ka pase nan yon anplifikatè optik ak pran pouvwa san yo pa domaje nenpòt eleman optik. Yon lòt pè griyaj nan konfigirasyon ranvèse a ka konprese dire batman an apre anplifikasyon, pwodui yon batman kout, gwo -pouvwa nan sib la (Figi 8).
Figi 8. Griyaj yo ka itilize nan sistèm lazè enpulsyonèl tou de pou ogmante dire batman -anpeche domaj lazè-pwovoke- ak diminye dire batman kè, pwodwi gwo -pulsasyon pouvwa nan sib la.
