Последний уровень раздела предыдущего изложения   Текущий уровень изложения предыдущего раздела   Текущий уровень изложения следующего раздела   Следующий уровень изложения текущего раздела   Уровень: Глоссарии:


Дифракционные решетки

В зависимости от назначения и формы поверхности дифракционные решетки, применяемые в спектральных приборах, подразделяются на плоские отражательные, вогнутые (сферические и тороидальные) отражательные, эшелетты, плоские прозрачные, поляризаторы, измерительные и другие([8]*).

В 1882 г. Роуланд предложил совместить фокусирующие свойства вогнутого зеркала с диспергирующими свойствами нарезанной на его поверхности дифракционной решетки. Такие решетки получили название вогнутых и широко сейчас применяются. Вогнутая решетка позволяет до предела упростить схему спектрального прибора за счет исключения специальной фокусирующей оптики.

Плоские и вогнутые отражательные решетки применяются в спектральных приборах для рентгеновской, вакуумной ультрафиолетовой, ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра. Решетки изготовляются на слоях металла, нанесенного испарением в вакууме на подложку из стекла марки ЛК7, или кварцевого стекла марки КВ, непосредственно на подложках из стекла марки Ф1 или путем копирования на подложках из стекла марки ЛК7. В табл.1 и 2 Приложения приведены основные размеры и параметры плоских и сферических отражательных решеток. Угол " блеска" имеет значения в пределах от 1° до 70° , кроме решеток, изготовленных на стекле Ф1, для которых угол блеска колеблется от 1° до 5° .

Тороидальные решетки имеют количество штрихов на 1 мм 300, 600, 1200, 1800, 2400; изготовляются с заштрихованной поверхностью 50 ´ 40 мм (размер решетки 60´ 50´ 10 мм). Радиус кривизны в меридиональном сечении rm =500 мм и в сагиттальном сечении r s=313,4; 325,8; 333,4; 344,4 и 404,6 мм. Решетки изготовляются с заштрихованной поверхностью 60 Х 50 мм (размер решетки 70´ 60´ 15 мм) с радиусами кривизны r m= 1000 мм и r s= 668,3 мм.

Эшеллеты применяются в спектральных приборах для ИК области спектра; изготовляются на металлических подложках из алюминиевого сплава марки ЛМЦ по ГОСТ 4784-74 или путем копирования на подложках из стекла марки ЛК7. Основные размеры эшеллетов приведены в [8]. Эшеллеты имеют количество штрихов на 1 мм, 2, 4, 6, 12, 24, %), 75 и 100 с рабочими порядками первым и вторым. Спектральные линии резкие, симметричные, без заметных дефектов.

Плоские прозрачные решетки подразделяются на амплитудные, у которых штрихи имеют прозрачные и непрозрачные (из слоя алюминия) участки, и фазовые, которые являются прозрачными копиями плоских отражательных решеток Решетки изготовляются на подложках из стекла марки К8. Амплитудные решетки имеют число штрихов на 1 мм от 0,5 до 1200. Фазовые решетки имеют число штрихов на 1мм 50, 100, 150, 200, 300,600 и обеспечивают в первом порядке в видимой и ближней ИК областях спектра качество спектральных линий, а также интенсивность " духов" Роуланда и Лаймана такие же как и у отражательных решеток. Угол " блеска" от 1 ° до 35° .

Решетки-поляризаторы применяются для поляризации проходящего инфракрасного излучения. Решетки изготовляются на прозрачных в инфракрасной области спектра подложках (См. табл.3 Приложения). Поляризаторы на подложках из стекла марки ИКС25 имеют коэффициент пропускания для неполяризованного излучения не менее 25%, а поляризаторы всех остальных типов - не менее 30 % при степени поляризации не менее 95% и размере решетки не более 45´45 мм2 .

Измерительные решетки предназначены для измерения линейных перемещений по методу интерференционных муаровых полос. Решетки изготовляются на металлических слоях, нанесенных на подложки из стекла марки К8 или путем копирования на подложках из стекла той же марки. Измерительные решетки применяются в комплектах, состоящих из двух прозрачных, а также из прозрачной и отражательной решеток, одна из которых является шкалой, а другая - индексом ([8]*).

Изготовление решеток. Современные решетки, как правило, изготавливаются путем нарезки алмазным резцом мягкой металлической поверхности. Основанием для решетки служат обычно стеклянные заготовки, отполированные с точностью до l ¤ 10. На заготовку наносится испарением слой хрома, поверх него слой алюминия, по которому и ведется нарезка. Необходимый профиль штриха и наклон его отражающих граней достигается соответствующим углом заточки и установки режущего алмаза.

Решетки для видимой области имеют от 100 до 2400 штр/ мм; наиболее употребительны 300, 600 и 1200 штр мм.

Размер заштрихованной площади обычно не превышает 150 х 100мм 2 (100 мм - высота штриха). Для специальных целей делают решетки и больших размеров. Заготовки для вогнутых решеток имеют радиусы кривизны от 0,5 до 12 м; наиболее употребительны r = 1, 2, 3, 6 м. Общее число штрихов решетки шириной 100 мм, имеющей 1200 штр/мм, равное ее разрешающей способности в первом порядке, составляет 120 000. Чаще употребляются решетки с разрешающей способностью в первом порядке 50 000-80 000. Реальная разрешающая способность в первом порядке у хороших решеток близка к релеевской. (В спектрах высоких порядков вследствие ошибок их изготовления разрешающая способность обычно ниже, чем следует из теории.) Чем больше штрихов на миллиметр содержит решетка, тем больше относительные погрешности ее изготовления.

В случае большой решетки алмаз к концу нарезки проходит путь до 10 км и больше. За это время он стирается, поэтому форма и глубина штриха в конце нарезки несколько отличаются от начальной. С этим связано заметное фокусирующее действие некоторых плоских решеток, которое, однако, не вызывает существенных неудобств при работе. Алмаз, режущий решетку по мягкому металлу, выдавливает его, создавая довольно сложный профиль штриха, который не всегда точно воспроизводится. Поэтому инструментальный контур и распределение энергии по порядкам не совсем точно совпадает с расчетным.

В последние годы в связи с успехами лазерной техники и голографии открылись возможности голографического изготовления дифракционных решеток. Такая решетка представляет собой зарегистрированную на светочувствительном материале интерференционную картину, образованную двумя когерентными пучками света. Картина может быть зарегистрирована в виде вариации пропускания, отражения или коэффициента преломления при этом соответственно образуется амплитудная, отражательная или фазовая решетка с синусоидальным профилем штрихов. Меняя форму интерферирующих волновых фронтов, голографической решетке можно придавать любые фокусирующие свойства, например, получать плоские решетки, аналогичные по действию вогнутой, но лишенные астигматизма.

Эффективность голографических дифракционных решеток может достигать 90%.

Голографические решетки совсем не дают духов, так как в принципе не имеют ошибок изготовления, свойственных решеткам, нарезанным на обычной делительной машине.

Реплики. До недавнего времени распространение дифракционных решеток ограничивалось сложностью делительных машин, создание которых было доступно лишь немногим странам. Высокая стоимость и малая производительность этих машин определяет и большую стоимость дифракционных решеток. Положение существенно изменилось после того, как были усовершенствованы методы получения копий дифракционных решеток (реплик).

Интересно отметить, что качество реплик иногда оказывается даже выше качества оригинальной решетки. Это объясняется тем, что пластмасса плохо передает мелкие дефекты штриха и последний на реплике получается "глаже", чем он был на оригинальной решетке. После изготовления реплики покрывают отражающим слоем.

Реплики вогнутых решеток получают либо специально нарезанных выпуклых матриц, либо в два приема - с вогнутой решетки получают выпуклую копию, а с последней - вогнутые, применяемые в спектральных приборах.