tóm lược
- thiết bị quang học bao gồm một bề mặt có nhiều rãnh song song trong đó, phân tán một chùm ánh sáng (hoặc bức xạ điện từ khác) vào các bước sóng của nó để tạo ra phổ của nó
- một khung sắt để giữ lửa
- một rào chắn có các thanh song song hoặc cắt ngang chặn một lối đi nhưng thừa nhận không khí
Tổng quan
Đối với các ứng dụng thực tế, các cách tử thường có các đường vân hoặc phán quyết trên bề mặt của chúng thay vì các vạch tối. Cách tử như vậy có thể là truyền hoặc phản xạ. Các cách tử điều chỉnh pha chứ không phải biên độ của ánh sáng tới cũng được tạo ra, thường xuyên sử dụng hình ba chiều.
Các nguyên tắc của nhiễu xạ nhiễu xạ được phát hiện bởi James Gregory, khoảng một năm sau các thí nghiệm lăng kính của Newton, ban đầu với các vật phẩm như lông chim. Cách tử nhiễu xạ do con người tạo ra đầu tiên được thực hiện vào khoảng năm 1785 bởi nhà phát minh Philadelphia, David Rittenhouse, người xâu những sợi tóc giữa hai ốc vít có sợi tinh xảo. Điều này tương tự với nhà vật lý nhiễu xạ đáng chú ý của nhà vật lý người Đức Joseph von Frauerer vào năm 1821.
Nhiễu xạ có thể tạo ra màu sắc "cầu vồng" khi được chiếu sáng bằng nguồn sáng rộng (ví dụ: liên tục). Các hiệu ứng lấp lánh từ các rãnh hẹp cách đều nhau trên các đĩa lưu trữ quang như CD hoặc DVD là một ví dụ, trong khi các hiệu ứng cầu vồng tương tự gây ra bởi các lớp dầu mỏng (hoặc xăng, v.v.) trên nước không phải do cách tử, nhưng thay vì các hiệu ứng nhiễu trong các phản xạ từ các lớp truyền có khoảng cách gần nhau (xem ví dụ, bên dưới). Một cách tử có các đường song song, trong khi một đĩa CD có một vòng xoắn các rãnh dữ liệu cách đều nhau. Màu sắc nhiễu xạ cũng xuất hiện khi người ta nhìn vào một nguồn điểm sáng thông qua một lớp vải che ô mịn mờ. Phim nhựa trang trí hoa văn dựa trên miếng dán lưới phản chiếu là rất rẻ, và là phổ biến.
Một phần tử có một số rãnh tương đương mịn song song với một hướng trên vật liệu quang phẳng hoặc lõm với độ hoàn thiện tốt được sử dụng rộng rãi như một phần tử quang phổ cũng như lăng kính và được gọi là cách tử nhiễu xạ. Nó dựa trên cùng một nguyên tắc rằng màu sắc cầu vồng có thể được nhìn thấy khi một đĩa âm thanh được giữ trên ánh sáng. Chức năng của cách tử nhiễu xạ 1 Điều này có thể được giải thích bằng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng đi qua các khe được sắp xếp theo các khoảng bằng nhau trên một mặt phẳng. Nếu khoảng cách giữa tâm của các khe liền kề (hằng số mạng) là d và ánh sáng đơn sắc song song đi vào mặt phẳng cách tử ở góc tới i và nhiễu xạ theo hướng ,, thì các điểm tương ứng của các khe liền kề xảy ra sự khác biệt đường quang giữa hai ánh sáng liền kề các chùm tia đi qua và nhiễu xạ theo cùng một hướng, và ánh sáng giao thoa tăng cường khi nó là bội số tích phân của bước sóng. Do tất cả các thông lượng phát sáng tương ứng với số lượng rãnh góp phần gây nhiễu, nên các điều kiện nêu trên thu được khi ánh sáng nhiễu xạ được chụp bằng hệ thống quang học thích hợp
d (sin i ± sinθ) = m ( m là số nguyên)
Một đỉnh giao thoa sắc nét được tạo ra theo hướng thỏa mãn Công thức này được gọi là công thức cơ bản của cách tử nhiễu xạ. Khi i và constant không đổi, mối quan hệ giữa và m gây ra các cực đại theo nhiều hướng on trên mặt phẳng tiêu cự ngay cả khi ánh sáng đơn sắc là sự cố. Những ánh sáng tương ứng với m = 0 (hướng ánh sáng truyền thẳng mà không nhiễu xạ) được gọi là ánh sáng bậc 0 và những ánh sáng tương ứng với m = ± 1, ± 2, ... được gọi là ánh sáng nhiễu xạ sơ cấp, thứ cấp, ... tương ứng. Trong trường hợp ánh sáng trắng, một phổ liên tục thu được với m là một tham số, và quang phổ sơ cấp, thứ cấp, v.v ... xuất hiện ở cả hai phía của ánh sáng trắng bậc 0 tùy thuộc vào độ chênh lệch tính bằng m . Độ phân giải phổ / được xác định bởi mN sản phẩm của tổng số N của dòng và thứ tự m .
Có nhiều loại cách tử nhiễu xạ thực tế khác nhau, nhưng cách tử phẳng loại phản xạ hoặc cách tử lõm là phổ biến. Do phổ chính thường được sử dụng, hằng số mạng gần với bước sóng được sử dụng và số lượng vạch khắc (2000 đến 600 dòng) / mm được sử dụng ở vùng cực tím và vùng nhìn thấy. Có các lưới cắt cơ học được khắc cơ học bằng lưỡi kim cương trên mặt phẳng kim loại hoặc bề mặt lõm, và lưới ba chiều cố định mô hình giao thoa bằng ánh sáng laser trên vật liệu quang học. Nó có. Đặc biệt, một máy có độ chính xác cao được gọi là động cơ cai trị được sử dụng để sản xuất lưới cắt máy, không phù hợp để sản xuất hàng loạt và có vấn đề về chi phí. Do đó, nhiều bản sao được làm từ các nguyên mẫu được gia công trực tiếp để sử dụng thực tế. Do bản thân lõm có chức năng tương tự như gương lõm, nên độ loạn thị được sử dụng là lớn. Tuy nhiên, quang sai có thể được giảm bằng cách làm cho hằng số cách tử thay đổi trên bề mặt cách tử. Cụ thể, nó có thể được nhận ra bởi một công cụ cầm quyền (đối với các cách tử cắt bằng máy) được điều khiển bởi máy tính hoặc thiết bị (đối với các cách tử ba chiều) có thể tạo ra các vân giao thoa laser thỏa mãn các điều kiện cụ thể trên một tấm lưới. Bằng cách làm cho hình dạng mặt cắt ngang của các rãnh cách tử thành hình dạng răng cưa, hầu hết cường độ ánh sáng nhiễu xạ có thể được tập trung tại một bước sóng và thứ tự cụ thể, được gọi là cách tử echelette. Nhân vật 2 Là một ví dụ đại diện, và hầu hết ánh sáng nhiễu xạ tập trung ở một phạm vi nhất định tập trung vào hướng mà ánh sáng tới thường xuyên bị phản xạ bởi bề mặt rãnh. Nhân vật 2 Là góc sáng rực và bước sóng mà cường độ ánh sáng chính là cực đại được gọi là bước sóng ngọn lửa. Cái sau được xác định bởi bước sóng của ánh sáng nhiễu xạ sơ cấp trở về cùng hướng khi ánh sáng tới chiếu vào bề mặt rãnh vuông góc. Nhiều. Tạo một lưới echellet thô (vài trăm đến vài chục) / mm cho các vùng tử ngoại và khả kiến. Số ba Một trong đó sử dụng sườn dốc như thế này được gọi là echelle echelle. Nó được dự định để có được độ phân giải cao bằng cách sử dụng phổ tần số cao với m lớn . Giao thoa Một hệ thống quang phổ phụ trợ để tách thứ tự được yêu cầu như trong trường hợp. Các cách tử nhiễu xạ cho các vùng sóng hồng ngoại xa và cận chu vi rất dễ sản xuất vì các hằng số cách tử lớn của chúng, và các cách tử dây với các dây mỏng đều đặn cũng được sử dụng.
Phổ kế
Shigeo Minami