Содержание

Назначение и виды решеток

Вентиляционная решетка – обязательный элемент, выполняющий в системе вспомогательные, но значимые функции. Кроме оформления проема, они включают защиту от проникновения животных и птиц, воды, снега и мусора. Отсечение и регулирование струи позволяет осуществлять точный воздухообмен с распределением потоков между помещениями и обеспечением оптимального микроклимата.

Функции вентиляционных решеток

Обычно единственным видимым элементом системы является решетка, которую устанавливают на окончание воздуховода или оформляют проем вентиляционного канала в здании. Установка простого ребристого устройства способствует правильной работе оборудования. Решетка задумана как декоративный элемент для создания эстетичного вида проема. Однако, через короткое время она приобрела дополнительные функции.

Назначение вентиляционных решеток заключается в нескольких функциях:

  • украшение отдушин и маскировка внутренностей воздуховода,
  • защита от проникновения в систему предметов, воды и живых организмов,
  • организация и направление воздушного потока,
  • выполнение выброса и потока забора на определенном отрезке,
  • регулирование параметров потока воздуха решетками-регуляторами или клапанами.

Последняя функция позволяет изменять размеры просвета канала и, соответственно, объем воздуха, поступающий и покидающий здание. Инерционная модель с функцией клапана не пропускает воздух обратно. Пластины переточной решетки выглядят, как расположенные параллельно друг другу уголки.

Вид элемента определяется местом размещения и целью установки системы. Простая решетка ощутимо воздействует на воздушный поток и требует основательного расчета при расчете проекта вентиляционной системы. Определенный угол наклона пластин позволяет получить струю с требуемыми параметрами и направлением в нужную сторону. Эта функция помогает предотвратить образование конденсата и льда на окнах.

Разнообразие моделей

По назначению решетки разделяют на несколько видов:

  • декоративные,
  • регулируемые,
  • щелевые,
  • фасадные,
  • инерционные
  • напольные,
  • некоторые другие.

Решетки производятся из алюминия, стали и пластика. На проемах одного воздуховода могут использоваться элементы в разных конструктивных исполнениях для заданных действий. Существует два основных вида решеток:

  1. регулируемые элементы с изменяемым углом наклона ребер для увеличения и уменьшения просвета канала,
  2. стационарные модели с неподвижными ребрами, не позволяющими менять пропускную способность.

Наружные решетки с антикоррозийным покрытием обладают высокой прочностью и устанавливаются на фронтонах домов. На большой высоте, в узких и других в труднодоступных местах устанавливают образцы из стали. Алюминиевые модели не насколько прочны, как стальные, зато аккуратнее выглядят.

Множество видов вентиляционных решеток выполняют самые разные функции и соответствуют своим задачам.

эстетика и особенности оконных решёток • Звезда

На самом деле, мне кажется очень странным, что оконные решётки практически не исследованы как феномен. Скажем, вокруг российских заборов выстроились целые философские концепты. Даже гуглить долго не надо, вот только первая страница выдачи. Феноменология забора — пожалуйста. Забор как философия жизни — вот. Фильм о заборе как части русского менталитета — ну как без этого. Расследование о канонических «ромбиках» — ну это вы и без меня уже видели.

А вот про оконные решётки нет практически ничего. Мне удалось найти только условно-забавную подборку на фишки.нет, а ещё феншуй-анализ. Я даже не удивился, что вездесущие специалисты по феншую и здесь успели подсуетиться. Они нам, в частности, сообщают, что решетка с элементами, направленными вниз, называется «Решеткой неудачника», потому что ассоциируется с опущенными уголками губ, ромбы нейтральны, а направленные вверх элементы символизируют покой и благосостояние. Спасибо, как говорится, за информацию.

Мне это кажется очень странным. Во всяком случае, это мало соответствует тренду, которым так увлечены сегодня историки, социологи и урбанисты — в центре их внимания находятся личные архивы, индивидуальные сюжеты и персональные истории самых обычных горожан, ничем не примечательных с точки зрения стандартной исследовательской оптики. В этом смысле решетка куда интереснее забора, ведь если забор отсылает нас к чему-то масштабному, общественному и обезличенному, то оконная решётка — элемент индивидуального пространства, а её выбор обусловлен личными предпочтениями владельца — как эстетическими, так и практическими.

Пожалуй, все решётки, которые можно обнаружить в городе, делятся на три категории: типовые, заказанные по индивидуальному эскизу и самодельные. Нас, понятно, интересуют вторая и третья категория, но и первую нельзя обойти вниманием — как минимум потому, что именно такие решетки чаще всего образуют самые архетипичные узоры, главный из которых — солнышко с лучами. Вы наверняка не раз видели разные их вариации. Вот несколько подобных металлоконструкций. В обоих случаях это не оконные решётки как таковые, но, во-первых, принцип понятен, во-вторых, исследованием оград из металлических прутьев тоже не стоит пренебрегать — в конце концов, это всё одна и та же история, просто в разных проявлениях:

Фото: Иван КозловФото: Иван Козлов

Не то чтобы такой узор отличался особой практичностью, но солярная символика — штука важная. В конце концов, если позволить себе некоторые спекуляции, можно вспомнить, что символ Солнца в декоративных элементах русских домов — вещь устоявшаяся, укоренившаяся ещё в традиционной деревянной архитектуре. Визуальная составляющая с тех пор радикально изменилась в соответствии с функционалом и требованиями времени, но ведь главное суть, а не форма. Кроме того, в определённых контекстах солнышко с лучами стало символизировать стремление к новой жизни и свободе. Учитывая, что тесные квартиры в хрущёвках (в особенности, в депрессивных районах) у многих их жителей ассоциируются с тюремными камерами, получается вполне логичный образный ряд. Да и в культуре эта связь между элементом быта и тюрьмой вполне себе проявлена. Например, в стихотворении Андрея Родионова «Заяц-тухлятина» есть такие строки:

Впрочем, утром оказалось, что в лице фирмы по установке на окна решеток
Тот господин и так нажил себе жестоких врагов,
И по городу тут же пополз шепот,
Что дом с решетками на окнах для него уже готов.

Фото: Иван Козлов

Кстати, интересно, что те же солнышки — единственный известный мне образ, с которым работают не только сварщики и фирмы по изготовлению решёток, но и современные художники. Например, вот так выглядят примеры графики и объектов с выставки художницы Аси Маракулиной «Железные нотки», в аннотации к которой она пишет: «Вещи, увиденные на улице во время прогулок, образы провинциального детства и предметы из ближайшего окружения выстраивались в композиции и начинали молчаливое взаимодействие между собой. Уличное и домашнее, прошлое и настоящее, увиденное и придуманное как бы проникали друг в друга, создавая особое внутреннее пространство листа».

Фото: asyamarakulina.com/iron-overtones

Фото: asyamarakulina.com/iron-overtones

Большинство других «решеточных» паттернов не имеют столь же объёмного культурного бэкграунда, поэтому дальше наш обзор будет преимущественно визионерским. Проще говоря, автор постарается болтать поменьше, а вы смотрите другие интересные примеры оконных решеток, которые можно обнаружить в Перми.

Например, ещё один популярный мотив — цветы и растения. Такие решётки встречаются относительно редко, так что, даже если они и типовые, каждый экземпляр всё равно кажется уникальным:

Фото: Иван КозловФото: Иван КозловФото: Иван Козлов

В очень редких случаях решётки могут быть настоящим произведением искусства и неотъемлемой частью того или иного исторического памятника. В случае, например, с чугунными оградами это не редкость: достаточно вспомнить ограду парка Горького, Пермской краевой клинической больницы или Химико-технологического техникума в Закамске. А вот антикварные решётки, составляющие со зданием единое целое, сохранились очень мало где. Я могу припомнить только один пример, да и тот не общедоступен и совершенно не очевиден — это решетки на технических помещениях Камских Шлюзов:

Фото: Иван Козлов

Современные решётки тоже, конечно, могут быть объектами искусства, но с ними всё намного скучнее и хуже. Вот что вы, например, думаете о художественной ковке? Как по мне, в абсолютном большинстве случаев художественная ковка это полный китч, и объекты, выполненные в этой технике, смотрятся на улицах городов так себе. Но оригинальным решеткам в силу их малочисленности и уникальности многое простительно. Вот такой пример можно найти на улице Белинского:

Фото: Иван Козлов

Мне гораздо больше по душе сложные абстрактные узоры, но и их нынче почти не встретишь — расход материала большой, защитных целей можно добиться и меньшими усилиями. Однако оригинальные избыточные решетки еще кое-где остались — это, например, Закамск, улица Федосеева:

Фото: Иван Козлов

А вот какую красоту можно найти в микрорайоне Водники. Это редчайший пример того, как композиции из железных прутьев становятся не просто элементом декора, но частью айдентики микрорайона. На Водниках, как мы помним, с этим вообще всё очень хорошо: там на пятиэтажках даже висят таблички, посвященные той или иной династии корабелов — все бы так же заботились о собственной исторической памяти. А вот эта композиция с корабликом украшает ворота забора гаражного кооператива неподалёку от судоремонтного завода:

Фото: Иван Козлов

Заканчивая разговор о символике, нельзя не вспомнить вот эту замечательную дверь в подвал многострадального общежития на Уральской — тут всё говорит само за себя:

Фото: Иван Козлов

Оставшиеся примеры не несут такой уж глубокой символической нагрузки — этим они мне и симпатичны. Вот такой кораблик можно встретить на Старом Плоском:

Фото: Иван Козлов

Это сердечко с улицы Степана Разина:

Фото: Иван Козлов

А вот прекрасная незнакомка на лоджии по адресу Свиязева, 38:

Фото: Иван Козлов

На Нагорном есть и ещё один колоритный объект — он посвящен Олимпиаде-80 (и, возможно, в том же восьмидесятом году и был создан):

Фото: Иван Козлов

Забор с олимпийской символикой можно найти и во дворах на Маршала Рыбалко — он ограждает детскую спортшколу — но он, как вы можете заметить, современный, да и вообще немного из другой оперы:

Фото: Иван Козлов

И, наконец, последний тип решёток, заслуживающий внимания — абсолютный самопал, сваренный, вероятно, где-нибудь в дедовском гараже. В каком-то смысле такие решетки тоже можно назвать элементом айдентики — например, приглядитесь к забору на улице Краснополянской в микрорайоне Загарье: легко заметить, что это просто обрезки, оставшиеся после штамповки велосипедных запчастей. Ничего удивительного, учитывая, что поблизости находится велозавод Велта. Неизвестно, были ли эти обрезки вынесены с завода контрабандно или вполне легально использовались для благоустройства, но факт остаётся фактом — забор напрямую связан с историей микрорайона.

Фото: Иван Козлов

И это не единственный случай, когда решетки оказываются связаны с велосипедной тематикой. Вот два примера из Садового, причём взаимодополняющие: в первом случае использована сама деталь:

Фото: Иван Козлов

А во втором — материал, оставшийся после её изготовления. Гармонично!

Фото: Иван Козлов

На этом интересные примеры оконных решёток, которые можно отыскать в Перми, заканчиваются — во всяком случае, у меня. Все же во время прогулок я в основном изучаю городское пространство и редко заглядываю людям в окна. Так что вполне мог пропустить многие другие экземпляры, заслуживающие внимания. Но, надеюсь, тех, что есть, уже достаточно для того, чтобы пробудить интерес к этому атрибуту городского и личного пространства — незначительному, но оттого ещё более интересному.

Виды и назначение вентиляционных решеток

Вентиляционная решетка представляет собой наиболее заметный элемент воздухораспределительной системы, на который возложено выполнение важных задач. Основой каждой вентиляционной решетки является рама, придающая устройству жесткость. Она монтируется в воздуховод или крепится к стене. Рабочая поверхность изделия прикрывается подвижными лопастями или съемной панелью. От вида панели напрямую зависит тип распределителя, который бывает:

  • направленного действия – регулируемые распределители;
  • ненаправленного действия – поток воздуха проходит беспрепятственно, поскольку такая конструкция несет декоративную нагрузку.

Лопасти располагаются горизонтально, что позволяет жалюзи изменять направление и интенсивность потока воздуха. Накладные вентиляционные решетки с внутренней стороны прикрыты сеткой, которую можно снять в любой момент.

Более сложные модели оборудованы запорными клапанами. Такая вентиляционная решетка способна защитить помещение от обратной тяги, пыли и насекомых. Клапан устройства работает в автоматическом режиме и через решетку пропускает воздух только наружу.

Точно такую же функцию осуществляют жалюзи гравитационного и инерционного типа. Для изготовления вентиляционных решеток с данными ламелями используют легкие материалы, например, ПВХ или алюминий. Устанавливают их на вытяжную трубу.

Формы и материалы решеток

Строительные магазины предлагают три формы вентиляционных решеток:

  • прямоугольные;
  • квадратные;
  • круглые.

Эти изделия, как правило, изготавливаются в одном стиле с дизайном помещения и могут иметь разнообразную цветовую палитру, форму. Материалом для производства распределителей воздуха выступает:

  • Алюминий. Алюминиевые вентиляционные решетки имеют небольшой вес, характеризуются устойчивостью к влаге и активным веществам. Кроме того, для придания этим изделиям дополнительной устойчивости применяют особое покрытие: порошковая краска различных тонов.
  • Металл. Металлические вентиляционные решетки – это изделия, которые получили широкое распространение в производственной вентиляции. Они способны выдержать воздействие агрессивных частиц и веществ, а также мощное давление воздуха.
    Подобные решетки крайне надежны и долговечны. Именно по этой причине наружные элементы вентиляции выполняют из металла. Для того чтобы избежать возникновения процессов коррозии, рабочие поверхности изделий покрывают специальными устойчивыми составами.
  • Пластик. Вентиляционные решетки из пластика изготавливают из полихлорвинила или полистирола. Такие изделия могут быть установлены на стены, двери и потолки, а также покрашены в любой оттенок. Пластиковые вентиляционные решетки или диффузоры по внешнему виду напоминают светильники. По этой причине их крайне часто монтируют на сложных многоуровневых потолках.
  • Дерево. Решетки, выполненные из дерева, представляют собой усовершенствованные изделия с задвижками для саун и бань или декоративные конструкции с индивидуальным дизайном. Такой материал становится все более востребованным за счет своей экологичности и возможности красиво дополнить интерьер.

Виды вытяжных решеток

Металлические и ПВХ решетки монтируют на воздуховоды различного назначения: приточные или вытяжные.

Место установки определяется за счет типа изделия:  

  • Наружные приточные:
    • фронтальная решетка – изготавливается с широкой окантовкой и используется специально для вентиляции чердачных помещений;
    • напольные вентиляционные решетки – незаменимые изделия при создании притока, который вытесняет отработанный воздух снизу вверх. Такие решетки могут быть как стационарными, так и регулируемыми;
    • цокольные решетки – изделия, которые отличаются по размерам (15х15 см, 24х24 см, 37,5х37,5) и являются хорошим защитником подвалов от грызунов;
    • дверные решетки – применяют при невозможности организации другого способа подачи воздуха в помещение (вместо приточного клапана).
  • Внутренние вытяжные:
    • вентиляционная решетка с клапаном и соединением для кухонной вытяжки – изделие, которое изготавливается из полихлорвинила и может быть дополнено обратным клапаном или инерционными жалюзи. Обеспечивает естественную тягу и отток воздуха из кухонной вытяжки одновременно;
    • накладная решетка – применяется в жилых помещениях, которые оборудованы естественной тягой. Москитное полотно предназначено для защиты жилой зоны от насекомых. Вентиляционные решетки с жалюзи или без них, как правило, монтируют в санузлах или на кухнях. Пропускная способность данных изделий регулируется подвижными планками;
    • щелевые решетки – изделие устанавливают в помещении, в котором вентиляция должна быть незаметной. Под дизайн потолка подбирается необходимых размер решеток. Затем они скрываются между уровней или с помощью декоративных элементов.
  • Внутренние приточные. Данные решетки могут иметь разнообразную форму и оттенки. Наиболее востребованной является круглая решетка для вентиляции. Модели изготавливаются с использованием древесины ручной обработки, лазерной резки или кованых элементов. Внутренние приточные решетки часто применяют для каминов, поскольку за счет них происходит прогревание воздуха в помещении. 

Дата создания: 22.08.2017 14:26:08

Другие статьи


17.10.2020

Для обустройства систем вентиляции в помещениях с большим количеством углов и прямых поверхностей сегодня чаще используют воздуховоды с прямоугольным сечением.

15.10.2020

Классические воздуховоды – трубы с круглым сечением – не всегда целесообразны при обустройстве вентиляционных коммуникаций.

14.10.2020

Вентиляционная решетка в помещениях, где отсутствует естественная циркуляция воздуха не справляется с выводом/подачей воздушных потоков.

Возврат к списку


Изготовление решеток на окна — металлические решетки на окна: цена

Металлические решетки на окна не только один из самых эффективных, но также самый дешевый способ защиты дома, коттеджа, магазина, административного или любого другого здания. Стоимость ограждений для оконных проемов зависит от:

  • качества выбранных материалов,
  • правильного выбора изготовителя,
  • конструкционных особенностей,
  • размеров ограждений.

Цены на металлические решетки на окна

Популярные виды решеток из разных материалов

Чаще всего производители предлагают модели решеток окна из металлических прутьев, однако популярны варианты из других материалов, например, стальных полос. Они могут быть коваными или сварными, отличаться внешним видом и ценой.

Сварные конструкции из арматуры надежно защищают дом от взломщиков. Ранее строители практически не заботились о том, насколько эстетично смотрятся конструкции из прутьев, они просто сваривали их по горизонтали и вертикали, создавали незамысловатые рисунки в форме ромбов. Современные изготовители предлагают широкий выбор сварных конструкций для защиты проемов, некоторые из них выглядят не менее стильно, чем кованые изделия.

Кованые варианты выбирают ценители изящных форм, покупатели, которые в первую очередь обращают внимание на внешний вид изделий. Подобные ограждения не только отлично выглядят, помогают подчеркнуть особенности дизайна, но также отличаются прочностью, надежностью и длительным сроком эксплуатации. Для их производства используются прутья квадратного или круглого сечения, которые отличаются стойкостью к коррозии. Изготовление решеток с помощью ковки занимает больше времени, чем производство сварных изделий, и стоит гораздо дороже.

Защитные конструкции отличаются не только внешним видом, но также способом крепления:

  • стационарными – самый прочный и надежный вариант, его цена несколько ниже остальных;
  • раздвижными или распашными – одна или две створки могут открываться;
  • съемными – крепятся в оконный проем с помощью специальных болтов.

Стационарные ограждения лучше устанавливать на первом этаже, однако специалисты советуют установить хотя бы одну распашную конструкцию, чтобы в случае критической ситуации, например, пожара, жители квартиры или работники офиса могли быстро покинуть помещение.

Арочная, гнутая или кованая решетка станет оригинальным украшением, впишется в дизайн не только классических, но и современных зданий. Талантливые дизайнеры предлагают множество вариантов конструкций из прутьев:

  • с листьями,
  • с цветами, фигурами животных,
  • с вензелями и геометрическими фигурами,
  • с логотипом компании.

Как выбирать решетки окна правильно

Не стоит экспериментировать и пытаться защитить свой дом самостоятельно. Заказывайте изготовление конструкций из арматуры только у производителей, которые могут полностью гарантировать их качество.

Наша компания надежно защитит оконные проемы вашего дома, офисного здания или складского помещения от взлома. Наши клиенты могут получить следующие преимущества от сотрудничества:

  • вполне демократичные цены;
  • широкий выбор вариантов на любой вкус;
  • стильные современные решения для коттеджей, частных домов, торговых центров и офисных зданий;
  • внимание к каждому заказчику;
  • четкое соблюдение сроков, которые прописаны в договоре;
  • изготовление современных решеток с учетом пожеланий клиента.

Компания «Металлообработка 24» – это современное оборудование и опытные специалисты, которые умеют работать с металлопрокатом любых видов, в совершенстве владеют новейшими методами обработки проката. Мы производим изделия, которые полностью соответствуют высоким стандартам качества и нормам безопасности.

Наши металлические решетки на окна прослужат долгие годы. Они отличаются прочностью, безупречным внешним видом, стойкостью к механическим повреждениям, воздействию агрессивной среды, а их монтаж не займет много времени. Их изготовление мы начинаем с составления чертежей, выбора материалов для создания конструкций. Поскольку компания «Металлообработка 24» не только производит изделия из проката, но также реализует металлопрокат любых видов, мы выберем для создания изделий только лучшую арматуру с квадратным либо круглым сечением. Порезку проката для создания конструкций мы осуществляем с помощью мощного лазерного луча, что позволяет гарантировать ее точность и оперативность.

Кованые металлические решетки на окна в Сургуте, изготавление и установка решеток на окна

Решетки на окна для дачи, частного дома, предприятия и т.д. являются простыми и эффективными средствами предотвращения несанкционированных проникновений и краж. Их наличие позволяет лишний раз не беспокоиться о сохранности частной собственности в те моменты, когда возникает потребность оставить ее без присмотра на долгий или даже сравнительно короткий срок. Тем самым стоимость решеток на окна (стальных и в любом другом возможном варианте исполнения) выступает более чем оправданной платой за обеспечение должной безопасности.

Особо актуальны подобные изделия для жильцов первых этажей жилых зданий, а также владельцев фирм, магазинов, офисов и т.д., размещенных на том же уровне. Здесь установка решеток на окна, купить которые при желании не составляет какого-либо труда, становится практической необходимостью. При этом совсем не обязательно обустройство такой защиты должно сказываться на ухудшении внешнего вида здания из-за появления «чужеродных» элементов. Напротив, качественные сварные или особо красивые кованые решетки на окна по ценам в широком диапазоне способны эффектно дополнить собой любой объект в виде стильных украшений фасадов.

Особенности исполнения и отличия кованной и сварной продукции

В основе существующего разнообразия типов кованых и сварных металлических решеток на окна лежит потребность в обеспечении ими оптимального удовлетворения различных потребностей и нужд. Это приводит к тому, что в зависимости от условий и задач применения изделий к их эксплуатационным свойствам и качествам предъявляются индивидуальные требования. В результате пользователям по актуальным ценам доступны решетки на окна распашные, раздвижные, глухие и пр. для установки либо на складские/технические помещения, либо на кабинеты, помещения магазинов и т.д.

Принципиальными отличиями двух основных групп ограждений являются:

  • Для сварных – выполнение из ограниченного перечня элементов, получаемых по шаблону методом холодной гибки метала, при сравнительно невысокой стоимости.
  • Для кованых – индивидуальное изготовление по согласованному с заказчиком эскизу с любым возможным набором элементов декора при увеличенных затратах на производство.

В любом из случаев изготовление решеток на окна с установкой недорого или в более высоком ценовом диапазоне преследует цель, в первую очередь, обеспечить надлежащую защиту целевого объекта.

Продажа надежных, долговечных и эстетичных решеток на окна

Удобную возможность быстро и выгодно заказать решетки на окна в Сургуте по ценам от производителя предоставляет своим клиентам компания «Все ворота». Мы предлагаем широкий выбор высококачественных изделий для оптимального учета факторов типа, назначения, расположения и состояния помещений под их установку. Продукция рассчитывается на долгую и безукоризненную службу с гарантией исчерпывающего выполнения всех возлагаемых на нее функций.

Чтобы узнать подробности и купить металлические решетки на окна, цена которых выступает более чем оправданной платой за практичные и эстетичные средства повышения безопасности для частного дома, дачи и т.д., обращайтесь к специалистам компании «Все ворота».

дифракционных решеток, объяснено RP Photonics Encyclopedia; отражение, решетки пропускания, порядки дифракции, светящиеся решетки, конфигурация Литтроу, высокая дифракционная эффективность, методы изготовления, приложения

Энциклопедия> буква D> дифракционные решетки

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Найдите более подробную информацию о поставщиках в конце этой статьи энциклопедии или посетите наш

Вас еще нет в списке? Получите свою запись!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием продукта.

Анализ путей пучка, содержащих решетки

Программа RP Resonator также работает с решетками. Узнайте, например, зависящий от длины волны путь луча в однопроходной конфигурации или в лазерном резонаторе.

Определение: оптические компоненты, содержащие периодическую структуру, которая дифрагирует свет

Немецкий: Beugungsgitter

Категория: общая оптика

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: Dr.Rüdiger Paschotta

URL: https://www.rp-photonics.com/diffraction_gratings.html

Дифракционная решетка — это оптическое устройство, использующее явление дифракции, то есть разновидность дифракционной оптики. Он содержит периодическую структуру, которая вызывает пространственно изменяющиеся изменения оптической амплитуды и / или фазы.

Наиболее распространенными являются отражательные решетки , у которых отражающая поверхность имеет периодический рельеф, приводящий к зависимым от положения фазовым изменениям. Однако существуют также пропускающие решетки , в которых проходящий свет получает зависящие от положения фазовые изменения, которые также могут быть результатом рельефа поверхности или, альтернативно, голографического (интерферометрического) рисунка.

В этой статье рассматриваются в основном дифракционные решетки, дифракция которых происходит на поверхности или вблизи нее. Отметим, что существуют также объемные брэгговские решетки, где дифракция происходит внутри объемного материала.

Детали дифракции на решетке

Поучительно рассмотреть пространственные частоты позиционно-зависимых фазовых изменений, вызванных решеткой. В простейшем случае синусоидального изменения фазы есть только две ненулевые компоненты пространственной частоты с ± 2π / d , где d — период решетчатой ​​структуры.

Падающий луч с углом θ против нормального направления имеет компонент волнового вектора k · sin θ вдоль плоскости решетки, где k = 2π / λ, а λ — длина волны. Обычное отражение (например, от зеркала) привело бы к отраженному лучу, имеющему компонент волнового вектора в плоскости — k · sin θ. За счет фазовой модуляции решетки могут быть дополнительные отраженные компоненты с компонентами волнового вектора в плоскости — k · sin θ ± 2π / d .Они соответствуют порядкам дифракции ± 1. Отсюда можно получить соответствующие углы выходного луча относительно нормали:

Рисунок 1: Вывод пучков всех возможных порядков дифракции на дифракционную решетку.

Если фазовый эффект решетки не имеет синусоидальной формы, у одного может быть несколько порядков дифракции м , а выходные углы могут быть рассчитаны по следующему более общему уравнению:

Обратите внимание, что для порядка дифракции могут использоваться другие соглашения о знаках, поэтому перед этим членом может стоять знак минус.

Приведенные выше уравнения могут привести к значениям sin θ из с модулем более 1; в этом случае соответствующий порядок дифракции невозможен. На рисунке 1 показан пример, в котором возможны дифракционные порядки от -1 до +3.

Фигура 2: Выходные углы отражающей дифракционной решетки с 800 линиями на миллиметр в зависимости от длины волны. Падающий луч имеет фиксированный угол 25 ° против нормального направления.

На рис. 2 на примере решетки с 800 линиями на миллиметр показано, как выходные углы меняются в зависимости от длины волны.Для выхода нулевого порядка (чистое отражение, м = 0) угол постоянен, тогда как для других порядков он меняется. Например, порядок м = 2 возможен только для длин волн ниже 560 нм.

Поскольку направление каждого выходного луча — за исключением луча нулевого порядка — зависит от длины волны, дифракционная решетка может использоваться в качестве полихроматора.

Рисунок 3: Цветовое кодирование числа ненулевых порядков дифракции в зависимости от длины волны, деленной на период решетки.

На рис. 3 показано, как количество порядков дифракции зависит от соотношения длины волны и периода решетки, а также от угла падения. Число порядков увеличивается для более коротких длин волн и больших периодов решетки.

Распределение выходной мощности по дифракционным порядкам

В отличие от простой призмы, дифракционная решетка обычно создает несколько выходных лучей в соответствии с разными порядками дифракции.

Важный вопрос — как распределяется выходная мощность по разным порядкам дифракции.Другими словами, дифракционная эффективность для определенных порядков дифракции представляет интерес. Это зависит от формы фазовых изменений, зависящих от длины волны, и, следовательно, от детальных свойств канавок решетки. В общем, дифракционные эффективности могут быть рассчитаны с помощью теории дифракции.

Высокая дифракционная эффективность для определенного порядка дифракции важна для различных приложений. Например, установка импульсного компрессора не должна тратить больше энергии генерируемого импульса, чем это необходимо. Кроме того, высокая производительность спектрометра, обеспечиваемая использованием одной или нескольких высокоэффективных решеток, приводит к высокой чувствительности обнаружения или, возможно, к снижению требований к освещению зонда, что особенно важно для приборов с батарейным питанием.

В следующем разделе описывается общий метод оптимизации эффективности дифракции.

Пламенные решетки

Дифракционные решетки можно оптимизировать так, чтобы большая часть мощности приходилась на определенный порядок дифракции, что приводит к высокой дифракционной эффективности для этого порядка.Для линейчатых решеток (см. Ниже) эта оптимизация приводит к так называемым светящимся решеткам ( эшелеттных решеток ), где изменение фазы в зависимости от положения описывается пилообразной функцией (с линейным увеличением с последующими резкими скачками) . Наклон соответствующего профиля поверхности должен быть оптимизирован для данных условий с точки зрения входного угла и длины волны. Однако такая оптимизация может работать только для ограниченного диапазона длин волн.

Также возможно изготавливать светящиеся голографические решетки, демонстрирующие аналогичную оптимизацию дифракционной эффективности, хотя, конечно, не связанную с геометрической формой канавок.

Рисунок 4: Выходящий белый свет мощного источника суперконтинуума пространственно рассеивается дифракционной решеткой для демонстрации спектрального содержания. Путь луча стал видимым с помощью туманоуловителя. Источник: NKT Photonics.

Решетки Echelle

Решетки

Echelle представляют собой особый тип решеток Echelette (= решетки с пламенем ), у которых угол свечения особенно велик (более 45 °). Обычно они изготавливаются с относительно низкой плотностью канавок, используются с большим углом падения, а для получения повышенной угловой дисперсии используются высокие порядки дифракции.Они в основном используются в спектрометрах и аналогичных типах инструментов — часто в сочетании с обычной решеткой, чтобы избежать путаницы со светом разных порядков.

Конфигурация Littrow

В так называемой конфигурации Литтроу отражательной решетки дифрагированный луч — чаще всего луч первого порядка — возвращается назад вдоль падающего луча. Отсюда следует условие:

Конфигурация Литтроу используется, например, когда решетка действует как торцевое зеркало линейного лазерного резонатора.При заданной ориентации решетки фиксируется длина волны в пределах полосы усиления лазерной среды, для которой путь луча резонатора замкнут, т.е. возможна работа лазера. Этот метод используется для создания лазеров с перестраиваемой длиной волны, например диодных лазеров с внешним резонатором.

Некоторые дифракционные решетки специально оптимизированы для работы в условиях Литтроу или рядом с ними: они представляют собой светящиеся решетки (см. Выше) для достижения максимальной дифракционной эффективности. Форма канавок решетки (в предположении линейчатой ​​решетки) такова, что линейные части структуры параллельны волновым фронтам падающего света. Это также приводит к слабой поляризационной зависимости. Конечно, такая оптимизация может работать только для ограниченного диапазона длин волн, поскольку углы дифракции для других длин волн будут отклоняться от условия Литтроу.

Методы изготовления решеток

Решетки можно изготавливать разными способами:

  • Традиционная технология основана на управляющем механизме , высокоточном станке, который механически отпечатывает требуемый рельеф поверхности (структуру канавок) на металлической поверхности, например, алмазным наконечником.Хотя такие линейчатые решетки трудно изготавливать с очень малыми межстрочными интервалами, их можно использовать для изготовления прочных металлических решеток с бликами с высокой дифракционной эффективностью и широкой полосой пропускания. Недостатком использования в решетчатых спектрометрах является то, что они вызывают значительное количество рассеянного света из-за неровностей поверхности. Кроме того, трудно обеспечить высокую однородность на больших поверхностях.
  • Лазерная микрообработка также может использоваться для изготовления рельефных решеток, хотя и с несколько большими размерами, что в основном подходит для длинноволновых применений.
  • Голографические поверхностные решетки изготавливаются с помощью фотолитографических методов (или иногда с помощью электронно-лучевой литографии), которые позволяют создавать более мелкие решетчатые структуры. Простые голографические решетки имеют синусоидальное изменение фазы и низкую дифракционную эффективность, но они вызывают лишь небольшой рассеянный свет, поскольку их поверхности могут быть очень регулярными. Они могут быть изготовлены из широкого спектра твердых материалов, таких как диоксид кремния и различные полупроводники, а передовые технологии производства позволяют создавать тщательно контролируемые структуры, такие как светящиеся решетки.Возможна высокая степень однородности на большой площади, но дефекты оптики, используемой в процессе изготовления, могут привести к наложению «фантомных решеток».
  • Голографические объемные решетки имеют периодическое изменение показателя преломления в прозрачной среде. (См. Также соответствующую статью о объемных решетках Брэгга.) Они могут иметь высокую дифракционную эффективность и низкий уровень рассеянного света, но могут быть чувствительны к изменениям температуры и влажности. Их чувствительность к влажности можно уменьшить, заклеив их подходящими поверхностными слоями.
  • Также возможно воспроизвести множество решеток из одной мастер-решетки, которая сама может быть изготовлена ​​с помощью управляющего механизма или голографической техники. Процесс репликации (обычно включающий в себя какой-либо тип литья) может быть намного быстрее, чем изготовление мастера, так что этот метод хорошо подходит для массового производства.

Также возможно изготовление дифракционной решетки на призме; сочетание призмы и решетки иногда называют «гризмой».Можно выбрать такие параметры, чтобы свет на определенной центральной длине волны проходил через гризму без какого-либо отклонения.

Другая возможность состоит в том, чтобы сделать решетку поверх структуры диэлектрического зеркала, в результате чего будет получено отражающее решетчатое зеркало с очень высокой дифракционной эффективностью [12].

Различные типы решеток

Дифракционные решетки можно отличить друг от друга по разным признакам:

  • Имеется отражающих решеток , имеющих отражающую поверхность, и пропускающих решеток , где большая часть падающего света (дифрагированного и недифрагированного) передается на другую сторону.
  • Поверхностные решетки имеют решетчатую структуру на поверхности или вблизи нее, в то время как объемные решетки имеют ее распределенную в большем объеме.
  • Также можно отличить поверхностные решетки с рельефом (использующие рельефную структуру) от голографических решеток (с изменением показателя преломления).
  • Могут использоваться разные материалы. Например, есть золотых решеток , где отражающий слой состоит из золота; другие возможные материалы, например, алюминий, серебро и металл зеркала. Остальные решетки основаны на чисто диэлектрических структурах. Существуют также гибридные дифракционные решетки металл-диэлектрик, которые могут обеспечить более высокую дифракционную эффективность, особенно на более коротких длинах волн, где металл сильно поглощает.
  • Этикетка часто отражает используемый метод изготовления — например, линейчатые решетки, голографические решетки и реплицированные решетки.
  • В то время как в большинстве случаев поверхность решетки плоская ( плоские решетки, ), встречаются также решетки с изогнутой поверхностью (например.грамм. сферическая выпуклая или вогнутая) поверхность. Это может быть полезно, например, для достижения удобных свойств изображения. Также существуют специальные решетки с коррекцией аберраций.
  • Существуют специальные решетки, оптимизированные для определенных приложений. Например, эшелле-решетки сделаны с относительно низкой плотностью линий и используются вблизи падения дифракции и высоких порядков дифракции. Гризмы — это призмы, обычно оснащенные решеткой с одной поверхностью.
  • Некоторые решетки, эл.грамм. решетки полного внутреннего отражения, основаны на специальных принципах работы и названы соответствующим образом.
  • Иногда решетки маркируют в соответствии с их назначением. Примерами являются решетки для спектрометров, решетки для объединения лучей, решетки для настройки лазеров и телекоммуникационные решетки.

Важные свойства дифрагирующих решеток

Плотность линий

Как объяснялось выше, плотность линий определяет угловые положения (и даже наличие) различных порядков дифракции.Это может быть ограничено используемым методом изготовления, но также может быть связано с компромиссами при проектировании.

Размер и однородность, качество волнового фронта

Большинство используемых дифракционных решеток имеют размеры только миллиметры или несколько сантиметров, но также возможно изготовление очень больших решеток с размерами в десятки сантиметров или даже более одного метра. Тогда техническая задача состоит в том, чтобы добиться высокой однородности по всей площади решетки. Равномерность высоты имеет решающее значение для получения высокого качества волнового фронта дифрагированных лучей.

Эффективность дифракции

Для многих приложений очень важна дифракционная эффективность . Это доля падающей оптической мощности, которая получается в определенном порядке дифракции. Часто указывается только для желаемого порядка дифракции, а не для более слабых нежелательных порядков. Это зависит не только от самой решетки, но и существенно от условий эксплуатации, таких как длина оптической волны и угол падения.

Дифракционная эффективность может зависеть от линейной плотности и других факторов, и существуют различные конструктивные компромиссы, включающие дифракционную эффективность и другие свойства.

Как объяснено выше, особенно высокая дифракционная эффективность достигается с помощью светящихся решеток. Некоторые пропускающие решетки также достигают очень высокой дифракционной эффективности — иногда даже более высокой, чем у отражающих решеток, в основном за счет исключения поглощения в металлах.

Спектральное разрешение и радиус луча

В решетчатом спектрометре, например, используются зависящие от длины волны направления луча после дифракционной решетки. Достижимое разрешение по длине волны зависит не только от полученной угловой дисперсии (например,грамм. в единицах микрорадиан на нанометр), но и от естественного угла расходимости луча: чем меньше расходимость, тем точнее можно определить изменение угла. Следовательно, высокое разрешение по длине волны требует большого освещенного пятна на решетке. Можно показать, что относительное разрешение по длине волны Δλ / λ составляет порядка 1 / ( м N ), где м — используемый порядок дифракции, а N — количество освещенных канавок решетки.

Поляризационная зависимость

Обычно дифракционная эффективность для разных порядков может зависеть от поляризации.Это особенно характерно для отражательных решеток, в то время как решетки на пропускание часто демонстрируют лишь слабую поляризационную зависимость.

Порог урона

В частности, для импульсных лазеров важно, чтобы решетки имели достаточно высокий порог оптического повреждения (см. Статью о лазерном повреждении). Хорошие возможности управления мощностью ориентировочно соответствуют требованиям низких потерь на поглощение, поскольку только поглощенный свет может повредить решетку.

Если порог повреждения с точки зрения оптической плотности энергии не так высок, как хотелось бы, можно использовать решетку с соответственно большей площадью луча (или с почти скользящим падением). Однако этот подход также сталкивается с ограничениями, такими как ограниченная доступность больших решеток или требуемая компактность устройства.

Многообещающий подход — избегать использования материалов со значительным поглощением света. Например, можно изготавливать пропускающие решетки из чисто диэлектрических материалов с очень низким поглощением и высоким порогом лазерного повреждения.

Тепловые свойства

Как правило, изменения температуры приводят к изменению межстрочного интервала в зависимости от коэффициентов теплового расширения используемых материалов. Различные типы решеток могут сильно отличаться по тепловой чувствительности.

Температурная чувствительность может быть особенно серьезной проблемой в приложениях, связанных с мощным лазерным излучением, например, при комбинировании спектральных лучей.

Чувствительность выравнивания

Юстировка дифракционных решеток часто бывает очень чувствительной, требует точной механики и высокой механической стабильности.Чувствительность юстировки зависит не только от самой решетки (например, от ее линейной плотности), но также от различных условий эксплуатации и применения. Минимизация чувствительности юстировки часто является важным аспектом при проектировании оптических устройств, включающих решетки.

Работа с дифрагирующими решетками

Обращение с дифракционными решетками — по крайней мере, с решетками у поверхности — обычно относительно деликатно. Поверхности решетки довольно чувствительны e.грамм. от прикосновения к твердым предметам или абразивным материалам. Таким образом, их также довольно сложно очистить; обычно не следует пытаться больше, чем просто сдувать пыль чистым, сухим азотом или воздухом. По возможности, следует избегать осаждения любого жира, масла или аэрозоля, поскольку удалить такие отложения без повреждения решетки может быть невозможно.

Применение дифракционных решеток

Дифракционные решетки находят множество применений. Ниже приведены некоторые яркие примеры:

Монохроматоры и спектрометры

Многие дифракционные решетки используются в решетках , , , монохроматорах, и , спектрометрах , где используются углы дифракции, зависящие от длины волны.На рис. 4 показана типичная установка монохроматора. Артефакты в полученных спектрах могут возникать из-за смешения нескольких порядков дифракции, особенно если регистрируются широкие диапазоны длин волн.

Фигура 5: Конструкция монохроматора Черни – Тернера. Подробнее читайте в статье о монохроматорах.

Спектральное разделение также можно комбинировать с визуализацией, как описано в статье о гиперспектральной визуализации.

Сжатие импульсов

Пары дифракционных решеток могут использоваться в качестве диспергирующих элементов без зависимых от длины волны угловых изменений выходного сигнала.На рис. 5 показана установка компрессора Treacy с четырьмя решетками, где все составляющие длины волны окончательно рекомбинированы [2]; его можно использовать, например, для дисперсионного сжатия импульсов. Та же функция достигается с парой решеток, когда свет отражается обратно плоским зеркалом. (Обратите внимание, что такое зеркало может быть слегка наклонено, так что отраженный свет немного смещен в вертикальном направлении и его можно легко отделить от падающего света.) Такие решетки используются в качестве стретчеров и компрессоров диспергирующих импульсов, например.грамм. в контексте усиления чирпированных импульсов. Например, они могут производить гораздо большее количество хроматической дисперсии, чем пары призм.

Рисунок 6: Четырехрешеточная установка, состоящая из двух пар решеток. Решетка 1 разделяет вход по длинам волн (с проходами для двух разных длин волн, показанными на рисунке), а после решетки 2 эти компоненты параллельны. Решетки 3 и 4 объединяют различные компоненты. Общая длина пути зависит от длины волны, и поэтому решетка создает значительную величину хроматической дисперсии, которую можно использовать, например, для компенсации дисперсии.

Настройка длины волны

Объединение спектральных лучей

При объединении спектральных лучей часто используют дифракционную решетку, чтобы объединить излучение от разных излучателей с немного разными длинами волн в один луч.

Поставщики

Справочник покупателя RP Photonics содержит информацию о 40 поставщиках дифракционных решеток. Среди них:

Knight Optical

Выберите из нашего ассортимента трех дифракционных решеток — диапазон голографических исследований, диапазон стандартных исследований и коммерческий диапазон.Наряду с нашей тройкой линеек — доступной на складе или в виде оптики на заказ — мы также предлагаем пленки с голографическими дифракционными решетками в качестве индивидуальных компонентов.

Holographix

Holographix тесно сотрудничает с нашими клиентами, помогая им в разработке индивидуальных решений на основе решеток от концепции до производства. Мы производим как отражательные, так и пропускающие решетки, используя нашу запатентованную технологию репликации УФ-излучения. Доступны варианты профилей дифракционной решетки, бинарной, синусоидальной и наклонной решеток.

Edmund Optics

Edmund Optics предлагает широкий спектр пропускающих и отражающих решеток для ультрафиолетового (УФ), видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов. Сюда входят как линейчатые, так и голографические решетки. Мы также предлагаем поляризационные решетки, светоделители на пропускающих решетках и другие варианты.

Dynasil

Имея возможность производить более 500000 прецизионных реплицированных оптических элементов, Optometrics, компания Dynasil, предлагает клиентам надежные поставки дифракционных, пропускающих и отражающих оптических компонентов, требующих высокой точности формы поверхности, дублирования поверхностных элементов нанометрового диапазона и низкого Среднеквадратичная шероховатость поверхности составляет лишь часть первоначальной стоимости изготовления эталонной поверхности. Компания Optometrics предлагает дифракционные решетки Echelle, фильтрованные, голографические, инфракрасные, линейчатые и пропускающие дифракционные решетки.

Вопросы и комментарии пользователей

Здесь вы можете оставлять вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о приеме на основании определенных критериев. По сути, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы скоро удалили его.(См. Также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личный отзыв или консультацию от автора, пожалуйста, свяжитесь с ним, например по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже откажетесь от своего согласия, мы удалим эти данные.) Поскольку ваши материалы сначала проверяются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1] A.Майкельсон, “Правило и характеристики десятидюймовой дифракционной решетки”, Proc. Natl. Акад. Sci. USA, 396 (1915), DOI: 10.1073 / pnas.1.7.396
[2] E. B. Treacy, «Сжатие оптических импульсов с помощью дифракционных решеток», IEEE J. Quantum Electron. 5 (9), 454 (1969), DOI: 10.1109 / JQE.1969.1076303
[3] Л. Ф. Джонсон, Г. В. Каммлотт и К. А. Ингерсолл, «Генерация периодических гофров поверхности», Appl. Опт. 17, 1165 (1978), DOI: 10.1364 / AO.17.001165
[4] J. Chandezon, G. Raoult и D. Maystre, «Новый теоретический метод для дифракционных решеток и его численное применение», J. Opt. 11 (4), 235 (1980)
[5] Э. Попов, Л. Цонев и Д. Майстр, «Решетки: общие свойства крепления Литтроу и распределение потока энергии», J. Mod. Опт. 37, 367 (1990), DOI: 10.1080 / 0950034

50421
[6] Д. Пай и К. Авада, «Анализ диэлектрических решеток произвольных профилей и толщин», J.Опт. Soc. Являюсь. A 8 (5), 755 (1991), DOI: 10.1364 / JOSAA.8.000755
[7] Т. Делорт и Д. Майстр, «Метод конечных элементов для решеток», J. Opt. Soc. Являюсь. A 10 (12), 2592 (1993), doi: 10.1364 / JOSAA.10.002592
[8] Л. Ли, «Серия Бреммера, алгоритм распространения R-матрицы и численное моделирование дифракционных решеток», J . Опт. Soc. Являюсь. A 11 (11), 2829 (1994), DOI: 10.1364 / JOSAA.11.002829
[9] B.W. Shore et al. , «Разработка высокоэффективных диэлектрических отражательных решеток», J. Opt. Soc. Являюсь. A 14 (5), 1124 (1997), DOI: 10.1364 / JOSAA.14.001124
[10] E. Popov et al. , “Справедливость лестничного приближения для решеток произвольной формы”, Журн. Опт. Soc. Являюсь. A 19 (1), 33 (2002), DOI: 10.1364 / JOSAA.19.000033
[11] T. Clausnitzer et al. , «Высокоэффективные пропускающие решетки из плавленого кварца для систем усиления чирпированных импульсов», Прил.Опт. 42 (34), 6934 (2003), DOI: 10.1364 / AO.42.006934
[12] M. Rumpel et al. , “Линейно поляризованный лазер с узкой шириной линии и перестраиваемым тонким диском на Yb: YAG”, Опт. Lett. 37 (20), 4188 (2012), DOI: 10.1364 / OL.37.004188
[13] P. Poole et al. , “Порог фемтосекундного лазерного повреждения решеток сжатия импульсов для лазерных систем петаваттного масштаба”, Опт. Экспресс 21 (22), 26341 (2013), DOI: 10.1364 / OE.21.026341
[14] M.Румпель и др. , “Решетки сжатия широкополосных импульсов с измеренной дифракционной эффективностью 99,7%”, Опт. Lett. 39 (2), 323 (2014), DOI: 10.1364 / OL.39.000323
[15] Н. Бонод и Дж. Неупорт, «Дифракционные решетки: от принципов к приложениям в высокоинтенсивных лазерах», Advances in Optics and Photonics 8 (1), 156 (2016), doi: 10. 1364 / AOP.8.000156
[16] Дж. Э. Харви и Р. Н. Пфистерер, «Понимание поведения дифракционной решетки: включая коническую дифракцию и аномалии Рэлея при пропускании. решетки », Оптическая инженерия, 58 (8), 087105 (2019), DOI: 10.1117 / 1.OE.58.8.087105

(Предлагаем дополнительную литературу!)

См. Также: дифракция, дифракционная оптика, пропускающие решетки, объемные брэгговские решетки, монохроматоры, спектрометры, хроматическая дисперсия, сжатие импульсов, спектральное объединение пучков
и другие товары в категории общая оптика

Если вам нравится эта страница, поделитесь ссылкой с друзьями и коллегами, например через соцсети:

Эти кнопки обмена реализованы с учетом конфиденциальности!

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (напр.грамм. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить требуемый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
Статья о дифракционных решетках

в
RP Photonics Encyclopedia

С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):

   
alt =" article ">

Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/diffraction_gratings.html 
, статья «Дифракционные решетки» в энциклопедии RP Photonics]

Дифракционные решетки: Hitachi High-Tech в Америке

Вогнутые решетки

Обзор

Стигматическое построение спектров с помощью вогнутой дифракционной решетки с коррекцией аберраций

Технология переменного шага и изогнутой канавки, разработанная исключительно Hitachi, устраняет аберрации, присущие обычным вогнутым дифракционным решеткам. Это значительно улучшает свойства фокусировки спектрального изображения вогнутых решеток. Вогнутые дифракционные решетки Hitachi с коррекцией аберрации включают высокое разрешение, уменьшенный астигматизм, компактный размер и т. Д., Которые можно выбрать в соответствии с функцией оборудования, на котором они применяются.

Линейчатые спектры Меркурия

Традиционная вогнутая решетка отображает спектр, излучаемый из точечного отверстия, в вертикальные прямые линии, в то время как недавно разработанная вогнутая решетка с коррекцией аберраций отображает спектр в виде точки.

Коррекция аберрации с помощью вогнутой дифракционной решетки с канавками с переменным пространством.

Коррекция аберрации с помощью вогнутой дифракционной решетки с изогнутыми канавками.

Обычная вогнутая дифракционная решетка (с равными промежутками, прямые канавки).

Номер ссылки

Т. Харада и Т. Кита, «Вогнутые решетки с механической коррекцией аберраций», Прил. Опт. 19, 3987-3993 (1980).

Опции

От рентгеновских лучей к инфракрасным! Решетки теперь могут быть спроектированы в соответствии с конкретными требованиями

Дифракционные решетки, способные анализировать самые разные излучения, от мягкого рентгеновского до дальнего инфракрасного, теперь расширяют свои области применения в качестве оптических элементов, незаменимых для спектроскопии.

Обычные вогнутые решетки

Вогнутые решетки с коррекцией аберрации

Эти решетки устраняют аберрацию типа комы монохроматора Seya-Namioka, который наиболее широко используется в монохроматорах с вогнутыми решетками, обеспечивающими высокое разрешение.Hitachi производит широкий спектр решеток с коррекцией аберраций для монохроматора Seya-Namioka, которые покрывают диапазон длин волн от вакуумного ультрафиолета до ближней инфракрасной области.

Эти решетки предназначены для установки при нормальном падении. Они уменьшают аберрации и в то же время повышают эффективность освещения. В результате достигается высокое качество фокусировки изображения вогнутой решетки.

Канавки с переменным пространством позволяют фокусировать изображение спектрографа с вогнутой решеткой в ​​виде плоского поля.Спектрограф позволяет одновременно измерять многоволновые спектры в сочетании с линейным матричным детектором. Эти решетки оптимизированы для оптической системы нормального падения (для видимых и УФ-лучей).

Доступны вогнутые решетки с высокой дисперсией для монтажа при скользящем падении, особенно для синхротронного излучения и экстремального ультрафиолетового излучения. Эти решетки очень эффективны для применения мягких рентгеновских лучей, коэффициент отражения которых очень низок на металлической поверхности.

Передаточные решетки: II-VI Aerospace & Defense

Деталь Число Оптимальный Длина волны (нм) Канавок / мм Угол Заболеваемость (°) (1) Оперативный Поляризация (2) Дифракция Эффективность (3) Размеры (мм) Лист данных Цена
Т-1400-800 800 ± 20 1398. 6 34,0 ± 1 S и P ≥94
Т-1400-800-100×24-94 800 ± 20 1398,6 34,0 ± 1 S и P ≥94 100 х 24 Лист данных $ 3 078,70
Т-1400-800-12.7×12.7-94 800 ± 20 1398.6 34,0 ± 1 S и P ≥94 12,7 x 12,7 Лист данных $ 326,50
Т-1400-800-130×14.9-94 800 ± 20 1398,6 34,0 ± 1 S и P ≥94 130 x 14,9 Лист данных $ 2 626,50
Т-1400-800-24×14.9-94 800 ± 20 1398,6 34,0 ± 1 S и P ≥94 24 x 14,9 Лист данных $ 452,20
Т-1400-800-24×24-94 800 ± 20 1398,6 34,0 ± 1 S и P ≥94 24 х 24 Лист данных $ 661,30
Т-1850-800с 800 ± 20 1851. 85 47,8 ± 1 S ≥94 типичный
Т-1850-800s-15.8×10-93 800 ± 20 1851,85 47,8 ± 1 S ≥93 15,8 x 10 Лист данных $ 257,50
Т-1200-850с 850 ± 20 1208.46 30,7 ± 1 S ≥94
Т-1200-850с-21.65×15.9-94 850 ± 20 1208,46 30,7 ± 1 S ≥94 21,65 x 15,9 Лист данных $ 452,20
Т-1500-875 875 ± 20 1503,76 41.0 ± 1 S и P ≥94
Т-1500-875-24.8×15.8-94 875 ± 20 1503,76 41,0 ± 1 S и P ≥94 24,8 x 15,8 Лист данных $ 452,20
Т-1702-895 895 ± 20 1702,13 49.5 ± 1 S и P ≥94
Т-1702-895-24.7×15-94 895 ± 20 1702,13 49,5 ± 1 S и P ≥94 24,7 x 15 Лист данных $ 452,20
Т-1850-915с 915 ± 10 1851,85 57.9 ± 1 S ≥93
Т-1850-915с-32×10-93 915 ± 10 1851,85 57,9 ± 1 S ≥93 32 х 10 Лист данных $ 452,20
Т-1850-915с-32х20.2-93 915 ± 10 1851,85 57.9 ± 1 S ≥93 32 x 20,2 Лист данных $ 898.20
Т-1500-930 930 ± 20 1500,38 44,2 ± 1 S и P ≥94
Т-1500-930-12X12-94 930 ± 20 1500,38 44,2 ± 1 S и P ≥94 12 х 12 Лист данных $ 285.30
Т-1500-930-28×18-94 930 ± 20 1500,38 44,2 ± 1 S и P ≥94 28 х 18 Лист данных $ 566,50
Т-1500-930-56×18-94 930 ± 20 1500,38 44,2 ± 1 S и P ≥94 56 х 18 Лист данных $ 1,258.70
Т-1600-970с 970 ± 10 1600 51,3 ± 1 S ≥94
Т-1600-970с-31,8х12,3-94 970 ± 10 1600 51,3 ± 1 S ≥94 31,8 x 12,3 Лист данных $ 452,20
Т-1600-970с-31.8×24,8-94 970 ± 10 1600 51,3 ± 1 S ≥94 31,8 x 24,8 Лист данных $ 898.20
Т-1850-970с 970 ± 10 1851,85 63,9 ± 1 S ≥93
Т-1850-970с-31,8х10-93 970 ± 10 1851.85 63,9 ± 1 S ≥93 31,8 x 10 Лист данных $ 452,20
Т-1850-970с-31,8х20,2-93 970 ± 10 1851,85 63,9 ± 1 S ≥93 31,8 x 20,2 Лист данных $ 898.20
Т-1600-1030с 1030 ± 10 1600 55.5 ± 1 S ≥94
Т-1600-1030s-120×20-94 1030 ± 10 1600 55,5 ± 1 S ≥94 120×20 Лист данных $ 3 112,70
Т-1600-1030с-15.8×12.3-94 1030 ± 10 1600 55,5 ± 1 S ≥94 15.8 х 12,3 Лист данных $ 302,80
Т-1600-1030с-31,8х12,3-94 1030 ± 10 1600 55,5 ± 1 S ≥94 31,8 x 12,3 Лист данных $ 452,20
Т-1600-1030с-31,8х24,8-94 1030 ± 10 1600 55,5 ± 1 S ≥94 31.8 х 24,8 Лист данных $ 898.20
Т-1600-1030s-64.8×20-94 1030 ± 10 1600 55,5 ± 1 S ≥94 64,8 x 20 Лист данных $ 1820,00
Т-1702-1030с 1030 ± 10 1702,13 61,2 ± 1 S ≥94
Т-1702-1030с-130х15-93 1030 ± 10 1702.13 61,2 ± 1 S ≥93 130 х 15 Лист данных $ 2 626,50
Т-1702-1030с-24,7х15-94 1030 ± 10 1702,13 61,2 ± 1 S ≥94 24,7 x 15 Лист данных $ 452,20
Т-1702-1030с-64,8х15-93 1030 ± 10 1702.13 61,2 ± 1 S ≥93 64,8 x 15 Лист данных $ 1 476,00
Т-1739-1030с 1030 ± 10 1739,13 63,6 ± 1 S ≥94
Т-1739-1030s-130×15-94 1030 ± 10 1739,13 63.6 ± 1 S ≥94 130 х 15 Лист данных $ 2 626,50
Т-1739-1030s-20×10-94 1030 ± 10 1739,13 63,6 ± 1 S ≥94 20 х 10 Лист данных $ 337.80
Т-1739-1030s-24×15-94 1030 ± 10 1739.13 63,6 ± 1 S ≥94 24 х 15 Лист данных $ 452,20
Т-1000-1040 1040 ± 20 1000 31,3 ± 1 S и P ≥94
Т-1000-1040-12.3×12.3-94 1040 ± 20 1000 31.3 ± 1 S и P ≥94 12,3 x 12,3 Лист данных $ 285,30
Т-1000-1040-120х20-94 1040 ± 20 1000 31,3 ± 1 S и P ≥94 120 х 20 Лист данных $ 3 112,70
Т-1000-1040-120х24,8-94 1040 ± 20 1000 31.3 ± 1 S и P ≥94 120 x 24,8 Лист данных $ 3 862,50
Т-1000-1040-31.8×12.3-94 1040 ± 20 1000 31,3 ± 1 S и P ≥94 31,8 x 12,3 Лист данных $ 452,20
Т-1000-1040-31,8×24,8-94 1040 ± 20 1000 31.3 ± 1 S и P ≥94 31,8 x 24,8 Лист данных $ 898.20
Т-1000-1040-60×12.3-94 1040 ± 20 1000 31,3 ± 1 S и P ≥94 60 x 12,3 Лист данных $ 909,50
Т-1600-1060с 1060 ± 20 1600 58.0 ± 1 S ≥94
T-1600-1060s-120×20-94 1060 ± 20 1600 58,0 ± 1 S ≥94 120×20 Лист данных $ 3 112,70
Т-1600-1060с-12,3х12,3-94 1060 ± 20 1600 58,0 ± 1 S ≥94 12.3 х 12,3 Лист данных $ 285,30
Т-1600-1060с-31,8х12,3-94 1060 ± 20 1600 58,0 ± 1 S ≥94 31,8 x 12,3 Лист данных $ 452,20
T-1600-1060s-31,8×24,8-94 1060 ± 20 1600 58,0 ± 1 S ≥94 31.8 х 24,8 Лист данных $ 898.20
T-1600-1060s-64.8×20-94 1060 ± 20 1600 58,0 ± 1 S ≥94 64,8 x 20 Лист данных $ 1820,00
Т-1200-1310 1275-1345 1201,2 52,0 ± 1 S и P ≥94 пик
Т-1200-1310-22×15-92 1275-1345 1201.2 52,0 ± 1 S и P ≥92 пик 22 х 15 Лист данных $ 452,20
Т-1200-1310-27×10-90 1275-1345 1201,2 52,0 ± 1 S и P ≥90 пик 27 х 10 Лист данных $ 452,20
Т-1200-1310-27×10-94 1275-1345 1201.2 52,0 ± 1 S и P ≥94 пик 27 х 10 Лист данных $ 486,20
Т-711-1650 1500-1800 711,24 35,55 ± 1 S и P ≥95% пик, ≥85% за пределами диапазона
Т-711-1650-31.8X20-94 1500-1800 711.24 35,55 ± 1 S и P ≥95% пик, ≥85% за пределами диапазона 31,8 х 20 Лист данных $ 1,023,80
Т-940C 1525-1565 940,07 46,5 ± 1 S и P ≥94 типичный
Т-940C-16×8,5-94 1525-1565 940.07 46,5 ± 1 S и P ≥94 16 x 8,5 Лист данных $ 223,50
Т-940C-21×17-94 1525-1565 940,07 46,5 ± 1 S и P ≥94 21 х 17 Лист данных $ 452,20
T-940C-24×12.5-94-noAR 1525-1565 940.07 46,5 ± 1 S и P ≥94 24 x 12,5 Лист данных $ 223,50
Т-940C-24×12-90 1525-1565 940,07 46,5 ± 1 S и P ≥90 24 х 12 Лист данных $ 326,50
Т-940C-24×14-94 1525-1565 940.07 46,5 ± 1 S и P ≥94 24 х 14 Лист данных $ 452,20
Т-940C-24×20,5-90 1525-1565 940,07 46,5 ± 1 S и P ≥90 24 x 20,5 Лист данных $ 360,50
Т-966C 1525-1565 966.18 48,3 ± 1 S и P ≥94 типичный
Т-966C-16×10-94 1525-1565 966,18 48,3 ± 1 S и P ≥94 16 х 10 Лист данных $ 337.80
Т-966C-16×10-92OS 1525-1565 966.18 48,3 ± 1 S и P ≥92 16 х 10 Лист данных $ 96,80
Т-966С-24×16.4-92 1525-1565 966,18 48,3 ± 1 S и P ≥92 24 x 16,4 Лист данных $ 452,20
Т-966C-27×10-92 1525-1565 966.18 48,3 ± 1 S и P ≥92 27 х 10 Лист данных $ 452,20
Т-966C-27×10-94 1525-1565 966,18 48,3 ± 1 S и P ≥94 27 х 10 Лист данных $ 508,80
Т-966C-27×10-90OS 1525-1565 966.18 48,3 ± 1 S и P ≥90 27 х 10 Лист данных $ 120,50
T-966C-27×10-92-noAR-OS 1525-1565 966,18 48,3 ± 1 S и P ≥92 27 х 10 Лист данных $ 109,20
Т-966C-29×13-92OS 1525-1565 966.18 48,3 ± 1 S и P ≥92 29 х 13 Лист данных $ 143,20
Т-966C-40×15-94 1525-1565 966,18 48,3 ± 1 S и P ≥94 40 х 15 Лист данных $ 687,00
Т-1000C 1525-1565 1000 50.6 ± 1 S и P ≥94
Т-1000C-31,8X12,3-94 1525-1565 1000 50,6 ± 1 S и P ≥94 31,8 x 12,3 Лист данных $ 508,80
Т-1000C-32X20-94 1525-1565 1000 50.6 ± 1 S и P ≥94 32 х 20 Лист данных $ 1,023,80
Т-1200C 1529-1568 1201,2 68 ± 0,5 S > 90
Т-1200C-57X7.5X8-S 1529-1568 1201,2 68 + 0.5 S > 90 57 x 7,5 $ 1,023,80
Т-940CL 1528-1610 940,07 48,4 ± 1 S и P ≥94 типичный
T-940CL-21×15-94p 1528-1610 940,07 48.4 ± 1 -п. ≥94 21 х 15 Лист данных $ 452,20
Т-940CL-24×18-90 1528-1610 940,07 48,4 ± 1 S и P ≥90 24 х 18 Лист данных $ 486,20
Т-940CL-27×10-90 1528-1610 940.07 48,4 ± 1 S и P ≥90 27 х 10 Лист данных $ 429,50

Дифракционные решетки — Scholarpedia

Дифракционные решетки, появившиеся в восемнадцатом веке (Риттенхаус, 1786 г.), были одним из самых ценных инструментов в истории науки и техники.С одной стороны, это позволило изучать небесные тела. С другой стороны, это был решающий инструмент в изучении атомных и молекулярных структур. Эти выдающиеся возможности являются следствием одного основного свойства: он может рассеивать свет, то есть разделять частоты, содержащиеся в световом излучении, что позволяет измерять относительную интенсивность.

Основное свойство: рассеивание света

Описание решетки

Рисунок 1: Дифракционная решетка, обозначения

На рисунке 1 представлена ​​дифракционная решетка.Периодический профиль \ (\ mathcal {P} \) с периодом d вдоль оси x отделяет воздух от материала решетки, который обычно является металлом или диэлектриком. Ось y перпендикулярна средней плоскости профиля, а ось z является осью неизменности конструкции. Мы предполагаем, что падающий свет можно описать суммой монохроматических излучений разных частот. Каждый из них, в свою очередь, может быть описан в режиме гармоники во времени, что позволяет нам использовать сложные обозначения (с \ (\ exp (-i \ omega t) \) временной зависимостью).Электромагнитные свойства материала решетки (предположительно немагнитного) представлены ее комплексным показателем преломления \ (\ nu \), который зависит от длины волны \ (\ lambda = 2 \ pi c / \ omega \) в вакууме ( \ (c = 1 / \ sqrt {\ varepsilon_0 \ mu_0} \) — скорость света, а \ (\ varepsilon_0 \) и \ (\ mu_0 \) — диэлектрическая проницаемость и проницаемость вакуума). Этот комплексный показатель соответственно включает проводимость (для металлов) и / или потери (для диэлектриков с потерями). Это становится реальным числом для диэлектриков без потерь.я = \ ехр \ bigl (ik_0 x \ sin (\ theta) -ik_0 y \ cos (\ theta) \ bigr), \]

, где \ (\ theta \) — угол падения от оси y к направлению падения, измеренный против часовой стрелки, и \ (k_0 = 2 \ pi / \ lambda \) (мы берем для воздуха индекс равен единице). i} \), полное поле \ (\ overrightarrow {E} \) равно:

  • инвариант по оси z ,
  • параллельно оси z , таким образом \ (\ overrightarrow {E} = E (x, y) \ hat z \).
  • псевдопериодический , т.е. по определению \ [\ tag {2} E (x + d, y) = E (x, y) \ exp \ bigl (ik_0 d \ sin (\ theta) \ bigr). \]

Обратите внимание, что при нормальном падении (\ (\ theta = 0 \)) псевдопериодичность становится обычной периодичностью, что в этом случае является очевидным свойством, поскольку и решетка, и падающая волна являются периодическими.

Используя эти три свойства и уравнения Максвелла, покажем, что поле над решеткой представляет собой сумму плоских волн. С этой целью мы используем первые два уравнения Максвелла \ [\ tag {3} \ nabla \ times \ overrightarrow {E} = i \ omega \ mu_0 \ overrightarrow {H}, \ qquad \ nabla \ times \ overrightarrow {H} = — i \ omega \ varepsilon \ overrightarrow {E}, \]

, где \ (\ overrightarrow {H} \) — магнитное поле, а \ (\ varepsilon \) — диэлектрическая проницаемость, равная \ (\ varepsilon_0 \) в воздушной области и \ (\ varepsilon_0 \ nu ^ 2 \) в решетчатом материале.2)}. \]

Умножая оба члена приведенного выше уравнения на \ (\ exp \ bigl (-ik_0 x \ sin (\ theta) \ bigr) \), мы получаем ряд Фурье в левой части. Важно помнить, что недействительность этого ряда Фурье влечет за собой недействительность его коэффициентов при условии, что ряд Фурье обращается в нуль для любого значения x . Таким образом, уравнение (7) должно выполняться для любого значения x . Поскольку это уравнение выполняется только в воздушной области, \ (y \) должно быть больше ординаты \ (y_M \) вершины канавок.2)} \) будучи реальным или чисто мнимым, мы предполагаем, что действительная или мнимая часть будет положительной. Уравнение (9) показывает, что поле над канавками может быть представлено расширением плоской волны. Константы распространения плоских волн по осям x и y соответственно равны \ (\ alpha_n \) и \ (\ pm \ beta_n \). Некоторые из этих плоских волн должны быть отклонены, поскольку они не подчиняются условию излучения (Petit, 1980). i \), не может включать плоские волны, распространяющиеся вниз или экспоненциально возрастающие на бесконечности.{+ \ infty} {R_n \ exp (i \ alpha_n x + i \ beta_n y)}, \]

сумма, являющаяся выражением рассеянного поля в воздушной области. Неизвестные комплексные коэффициенты \ (R_n \) — это амплитуды отраженных волн.

Рассеивание света

Вывод последнего раздела состоит в том, что над канавками поле, рассеянное решеткой, принимает форму суммы плоских волн, каждая из которых характеризуется своим порядком n . Согласно уравнению (7), почти все эти волны (бесконечное число) неуловимы и распространяются вдоль оси x вблизи профиля решетки.{th} \) порядок существует всегда. Он распространяется в направлении, зеркально отраженном от средней плоскости профиля, независимо от длины волны. Напротив, другие порядки распространения y являются дисперсионными. Действительно, их постоянные распространения по осям x и y равны \ (\ alpha_n \) и \ (\ beta_n \), так что угол дифракции \ (\ theta_n \) одного этих волн, измеренных по часовой стрелке от оси y , можно вывести из \ (\ alpha_n = k_0 \ sin (\ theta_n) \).Используя выражение \ (\ alpha_n \), заданное уравнением (6), угол дифракции определяется как \ [\ tag {11} \ грех (\ theta_n) = \ грех (\ theta) + n \ displaystyle \ frac {2 \ pi} {k_0 d} = \ sin (\ theta) + n \ displaystyle \ frac {\ lambda} {d}. \]

Это знаменитая формула решетки , часто выводимая из эвристических аргументов физической оптики.

Поле под канавками имеет те же характеристики: как и поле над канавками, оно может быть представлено суммой плоских волн.2)}. \]

Важно отметить, что это уравнение получено в предположении, что постоянное распространение \ (\ alpha_n \) внутри материала такое же, как и в воздухе. Это свойство является прямым следствием псевдопериодичности (уравнение (2)), справедливой для всего пространства.

Если материал решетки представляет собой диэлектрик без потерь, направления распространения прошедшего поля также подчиняются формуле решетки. Эта формула аналогична уравнению (11), но поскольку константы распространения \ (\ alpha_n \) остаются такими же, как в воздухе, и поскольку волновое число \ (k_0 \) умножается на \ (\ nu \), углы передачи \ (\ theta’_n \) можно вывести из \ (\ alpha_n = k_0 \ nu \ sin (\ theta’_n) \), что дает \ [\ tag {13} \ Nu \ sin (\ theta’_n) = \ sin (\ theta) + n \ displaystyle \ frac {2 \ pi} {k_0 d} = \ sin (\ theta) + n \ displaystyle \ frac {\ lambda} { d}.{th} \) заказ принимает направление, передаваемое плоским интерфейсом. Следовательно, полихроматическая падающая плоская волна генерирует в заданном порядке сумму плоских волн, рассеянных в разных направлениях, то есть спектр. Измерение интенсивности вдоль этого спектра позволяет определить спектральную мощность падающей волны при условии, что решетка откалибрована. Калибровка, которая может быть достигнута экспериментально (с использованием известной полихроматической падающей плоской волны) или теоретически (исходя из формы решетки и показателя преломления), обеспечивает соотношение интенсивностей между рассеянной волной в спектральном порядке и падающей волной в зависимости от длины волны.{th} \) заказ минимум. Это замечание показывает жизненную важность электромагнитной теории решеток, которая позволяет рассчитать кривую эффективности в заданном порядке и, таким образом, дает важную информацию о спектроскопическом качестве решетки перед ее изготовлением. Конечно, эта решетка должна быть построена с использованием доступных технологий, и этот факт указывает на то, что прогресс в производстве решеток имеет жизненно важное значение.

Фундаментальный инструмент науки и техники

Спектроскопия

В течение долгого времени дифракционные решетки считались дисперсионными компонентами оптики и использовались только в качестве инструментов для спектроскопических целей.Дисперсионные свойства решеток играют ключевую роль во многих оптических приборах, наиболее важными из которых являются спектрометры и монохроматоры .

Рисунок 2: Монтаж с постоянным отклонением. Входная и выходная щели закреплены, решетка вращается вокруг оси, перпендикулярной фигуре.

В этих приборах рассеивание света составляет , а не , полученное при установке с фиксированным углом падения, как на рисунке 1. Действительно, для этой конфигурации источник света и решетка фиксированы, поэтому измерения мощности спектра требуют вращения. детектора.Намного проще удерживать источник и детектор на месте и вращать решетку, как показано на рисунке 2. Полихроматический источник света размещен на входной щели, которая расположена в фокусе линзы L1. решетка освещается при переменном падении \ (\ theta \) параллельным лучом и генерирует спектры, соответствующие различным порядкам распространения с \ (n \ neq 0 \). Свет, который попадает в выходную щель, содержит набор длин волн, соответствующих разным порядкам n , каждая из этих длин волн удовлетворяет формуле решетки (уравнение (11)) с углом дифракции \ (\ theta_n = -D- \ theta.{st} \) выбирается одна длина волны при условии, что диапазон длин волн в полихроматическом свете не слишком велик (Hutley, 1982). Эта длина волны задается \ [\ tag {14} \ грех (\ тета _ {- 1}) = \ грех (\ тета) — \ Displaystyle \ гидроразрыва {\ лямбда} {д}. \]

Таким образом, длина волны связана с углом падения уравнением \ [\ tag {15} \ lambda = d \ bigl (\ sin (\ theta) + \ sin (D + \ theta) \ bigr). \]

В общем, отклонение D небольшое, и это крепление с постоянным отклонением идентифицируется как крепление Littrow , в котором отклонение D исчезает.{th} \) заказ равен нулю. {st} \), поскольку ее направление распространения совпадает с направлением зеркального отражения на большом грань.{st} \) заказ. Следует отметить, что это свойство свечения сохраняется, даже когда количество отраженных порядков больше 2. Для s-поляризации (электрическое поле, параллельное канавкам), эффективность обычно близка (но не равна) к единице. Следует подчеркнуть, что эффект пламени может быть получен с другими типами решеток , например голографическими решетками (с профилями, близкими к синусоиде) или пластинчатыми решетками (с прямоугольными канавками), при условии, что число y — распространяющееся порядков равно 2 (Breidne, Maystre, 1980).Когда это не так, решетка-эшелет, безусловно, лучшая для защиты от огня в креплении Литтроу.

В спектрометре опора на рис. 2 используется для определения спектральной плотности неизвестного источника, который может принадлежать диапазону от ультрафиолетового до инфракрасного. Например, спектрографы связаны с наземными или установленными на борту телескопами. Они позволяют астрономам получать важную информацию о небесных объектах, например о составе или скорости. Они также имеют жизненно важное значение при изучении атомных или молекулярных структур через излучаемый ими свет.Крепление Литтроу также используется в конце лазерных резонаторов: поворот решетки позволяет изменять длину волны, излучаемой лазером (Hänsch, 1972).

Рентгеновская спектроскопия используется при исследовании синхротронного излучения. В этом случае период решетки намного больше, чем длина волны, и, как правило, необходимо использовать спектр от больших или очень больших порядков. Таким образом, чтобы получить значительную эффективность, необходимо использовать крепления с зеркальным отражением на грани, т.е.е. крепления, близкие к показанным на рисунке 3, с направлением используемого порядка, выведенным из направления падения путем зеркального отражения на грани, но с падением на грань, отличным от 0. Кроме того, из-за небольшой отражательной способности металлов при нормальном падении. в этой области обычно используется большой угол падения на большой грани. Другим средством повышения эффективности является покрытие большой грани чередующимися тонкими пленками из металлических и диэлектрических материалов. В более общем смысле, решетки с зеркальным отражением на грани используются в так называемых эшелле-решетках , а именно.эшелеттовые решетки с большими периодами (Loewen, Popov, 1997). Эти решетки часто используются в большом порядке, что увеличивает разрешение . Разрешение — это способность решетки разделять две длины волны с учетом того, что решетка всегда имеет конечный размер, таким образом, монохроматическая падающая плоская волна не генерирует плоские волны разного порядка, а скорее рассеивает лепестки (Hutley, 1980). .

Приложения, не связанные со спектроскопией

Среди неспектроскопических применений дифракционных решеток одним из самых старых является использование в качестве поляризатора света в инфракрасном диапазоне .Металлическая сетка, состоящая из периодического набора круглых металлических стержней, является очень хорошим отражателем для s-поляризованного света с длиной волны отсечки, причем резкость отсечки увеличивается с толщиной стержня. Эвристическое объяснение этого явления можно получить, если учесть, что пространство, расположенное между двумя стержнями, ведет себя как усеченный двумерный волновод переменного сечения. Такой волновод имеет длину волны отсечки для s-поляризации, выше которой он не может пропускать свет, за исключением эффекта туннелирования, что объясняет, почему сетка является поляризатором.То же свойство фильтрации верхних частот сохраняется для неполяризованного света с индуктивными решетками , то есть с бипериодическим набором отверстий, перфорированных в металлическом экране. Это свойство можно использовать, например, для солнечного поглощения (McPhedran and Maystre, 1977). Индуктивная сетка размещена над поглощающим телом. Такое устройство может поглощать солнечную энергию, если длина волны отсечки составляет порядка 1500 нм. Действительно, почти вся солнечная энергия (в основном ограниченная в диапазоне 350-1500 нм) передается поглощающему телу, и, если это тело охлаждается соответствующими жидкостными трубками, тепловое излучение, которое оно излучает в инфракрасном диапазоне выше 1500 нм, не может выйти из него. поглотитель, благодаря индукционной сетке.

Большая часть недавних применений дифракционных решеток основана на их способности вызывать сильные резонансные явления . Одним из наиболее ярких примеров этого свойства является решетчатый ответвитель , который может передавать мощность светового луча внутри диэлектрического волновода (Neviere, Petit and Cadilhac, 1973).

Рисунок 4: Решетчатый соединитель

Волновод (рисунок 4) образован диэлектрической пленкой с индексом \ (\ nu_g \) (синий), помещенной над диэлектрической подложкой (оранжевый) с индексом \ (\ nu_s <\ nu_g \) и покрытой очень тонким диэлектриком. пленка (зеленая), на части которой выполнен решетчатый профиль.Если решетку удалить, это устройство представляет собой планарный волновод и может направлять свет путем последовательных полных отражений с обеих сторон от центральной диэлектрической пленки (синего цвета). Нет потерь при распространении, но, следовательно, мощность падающего светового луча не может передаваться внутри волновода. Действительно, постоянная распространения \ (k_g \) направленной волны больше, чем волновое число \ (k_0 \) света в воздушной области: как следствие, постоянная распространения вдоль оси x падающей плоской волны или балка, которая меньше \ (k_0 \), не может соответствовать \ (k_g \).Мы видели, что решетка может рассеивать затухающие волны, имеющие постоянные распространения \ (\ alpha_n \) больше, чем \ (k_0 \) (см. Уравнение (6)). Предположим, что весь верхний профиль волновода промодулирован. Если в этом модулированном волноводе существует затухающий порядок n , такой, что \ (\ alpha_n = k_g \), падающий свет может проникать в волновод через этот затухающий порядок посредством резонансного возбуждения. {th} \) (например, планарный волновод), за исключением области вблизи резонансной длины волны, где она может достигать единицы (Попов и др., 1986). Это явление использовалось для DWDM (плотное мультиплексирование с разделением по длине волны) в оптической связи (Boyko et al., 2009).

Еще одно важное явление резонанса, очень близкое к тому, что показано на рисунке 4, достигается заменой диэлектрического волновода на металл. Действительно, плоская граница раздела между воздухом и металлическими областями может направлять поверхностный плазмон , распространяющийся вдоль границы раздела с постоянной распространения \ (k_p> k_0 \) (Raether, 1988).В отличие от диэлектрического волновода, поверхностный плазмон при распространении ослабляется из-за потерь внутри металла. Если поверхность модулируется для получения металлической решетки, падающий луч может генерировать поверхностный плазмон посредством резонансного возбуждения при условии, что постоянная распространения затухающей волны совпадает с постоянной распространения поверхностного плазмона. Как следствие, амплитуда поверхностного плазмона становится очень большой, и происходят бурные явления.Во-первых, большая часть падающей мощности может быть поглощена эффектом Джоуля. Во-вторых, эффективность очень быстро меняется в окрестности резонанса при изменении длины волны или угла падения. Это явление, классифицируемое как аномалия Вуда , было обнаружено в начале 20 века (Wood, 1902). Это серьезный дефект для спектроскопии, но его селективный характер составляет основу Plasmonics . Было показано теоретически и подтверждено экспериментально, что поглощение может достигать всей падающей мощности (Hutley and Maystre, 1976).Удивительно, но это полное поглощение обычно достигается с помощью очень мелких решеток.

Плазмоника имеет решающее значение в нанофотонике , например, для ее потенциальных приложений в оптической связи. В самом деле, поверхностный плазмон почти ограничен вблизи границы раздела воздух-металл, таким образом, можно генерировать несколько несвязанных поверхностных плазмонов на близко разделенных участках этой границы раздела воздух-металл. Распространение поверхностных плазмонов в видимой, ближней инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областях не может быть предусмотрено на большие расстояния из-за больших потерь, но расстояния в несколько десятков микрон могут быть достигнуты.Этого достаточно, чтобы предусмотреть использование распространения поверхностных плазмонов в фотонных схемах (Ozbay, 2006).

Другой вид поглощения достигается за счет очень глубоких металлических решеток. Поскольку модулированная область решетки ведет себя как адаптер импеданса между воздушной и металлической областями, решетка действует как неселективный поглотитель света. Его можно использовать, например, для повышения эффективности фотоэлектрических элементов (Теперик и др., 2008). Наконец, отметим, что возбуждение поверхностных плазмонов решетками является одним из ключей, объясняющих явление необычайной передачи решетками дырок, такими как металлические индукционные решетки (Ebbesen et al., 1998).

Невозможно дать исчерпывающее описание всех применений дифракционных решеток. Здесь следует упомянуть некоторые из наиболее важных, например, их использование в качестве инструментов для измерения расстояния и формы (Hutley, 1980), пробоотборники пучка для мощных лазеров , маски для фотолитографии (см. Следующий раздел), светофильтры для записи. цветных изображений как поверхностных рельефных структур (Кноп, 1978), суперлинз, в нанофотонике, сжатия светового импульса (Treacy, 1969).Дифракционная решетка также является основным инструментом прибора Diffractive Optics (Turunen and Wyrovsky, 1998).

Строгая электромагнитная теория

Строгая теория решеток должна быть строго выведена из основных законов электромагнетизма в форме математической задачи, которую можно решить на компьютере. Возникает вопрос, нужна ли строгая теория для исследования свойств решеток? Доступно много приблизительных теорий. Самый известный из них использует приближение Кирхгофа, которое считает, что любая точка профиля решетки ведет себя как бесконечная плоская граница раздела, касательная к профилю в этой точке (Beckmann and Spizzichino, 1987).Эти приблизительные теории очень просты в обращении и внедрении на компьютерах. Они могут дать точные результаты при определенных суровых условиях. Среди них длина волны света должна быть намного меньше периода решетки, а профиль решетки должен быть неглубоким. Однако в предыдущем разделе мы заметили, что для спектроскопических целей решетки обычно используются в условиях, когда число порядков распространения очень мало (часто равно 2). Из формулы решетки это свойство означает, что длина волны света имеет тот же порядок величины, что и период решетки, и в этом случае такие приближения не работают .

Метод RCWA

Во-первых, мы кратко опишем одну из самых популярных строгих теорий решеток: анализ Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA) , который также является наиболее простым (Moharam and Gaylord, 1986). Мы выразили поле выше и ниже промежуточной области решетки (\ (0 z . Принимая во внимание, что \ (\ nabla \ times (E \ hat z) = \ nabla E \ times \ hat z \), мы выводим из первого уравнения Максвелла, что \ (\ nabla E = i \ omega \ mu_0 \ hat z \ times \ overrightarrow {H} \), что дает \ [\ tag {17} \ displaystyle \ frac {\ partial E} {\ partial y} = i \ omega \ mu_0 H_x, \ qquad \ displaystyle \ frac {\ partial E} {\ partial x} = -i \ omega \ mu_0 H_y, \]

, а второе уравнение Максвелла дает \ [\ tag {18} \ displaystyle \ frac {\ partial H_y} {\ partial x} — \ displaystyle \ frac {\ partial H_x} {\ partial y} = -i \ omega \ varepsilon E, \ qquad H_z = 0.{th} \) Коэффициент Фурье \ (\ varepsilon_r \), функция y . Мы получаем бесконечный набор дифференциальных уравнений первого порядка, который можно выразить в символической форме \ (d \ mathbf {F} / dy = \ mathbf {A} (y) \ mathbf {F} \), где \ (\ mathbf {F} \) — матрица с бесконечным столбцом, содержащая последовательно набор функций \ (\ overset {\ sim} {E} _n \), то набор функций \ (H_ {x, n} \) и \ (\ mathbf {A} (y) \) матрица с элементами, выведенными из уравнения (21) .

В случае пластинчатых решеток (рисунок 5a) коэффициенты Фурье \ (\ varepsilon_ {r, n} \) относительной диэлектрической проницаемости не зависят от y и, следовательно, матрицы \ (\ mathbf { A} \) постоянна в промежуточной области .Как следствие, форму полей в промежуточной области можно легко найти из уравнения (21). Этот частный случай очень интересен, поскольку сильно упрощает численную реализацию метода. Таким образом, в дальнейшем наше исследование будет ограничено именно такой решеткой. Обобщение метода на другие профили может быть реализовано, например, путем приближения к профилю набора тонких пластинчатых решеток (рис. 5b).

Систему связанных дифференциальных уравнений можно усечь до порядка \ (4N + 2 \), ограничив целые числа n и m диапазоном (- N , + N ) таким образом что \ (\ mathbf {A} \) становится квадратной матрицей \ [\ tag {22} d \ mathbf {F} / dy = \ mathbf {A} (y) \ mathbf {F}, \ qquad \ text {with} \ qquad \ mathbf {F} = \ begin {bmatrix} \ mathbf {e} \\ \ mathbf {h} \ end {bmatrix}, \]

, где матрицы столбцов \ (\ mathbf {e} \) и \ (\ mathbf {h} \) размера \ (2N + 1 \) содержат функции \ (\ overset {\ sim} {E} _n \ ) и \ (H_ {x, n} \) соответственно. {4N + 2} c_m \ mathbf {S} _m.\]

Уравнение (23) дает форму поля в промежуточной области. Чтобы определить неизвестные коэффициенты \ (c_m \), мы выражаем непрерывность полей в \ (y = 0 \) и \ (y = y_M \). Расширения полей задаются выше и ниже промежуточной области уравнениями (10), (12) и аналогичными выражениями \ (H_ {x, n} \), выведенными из уравнений (10) и (12) с использованием первое уравнение Максвелла. Поле в промежуточной области задается разделением уравнения (23) на два набора уравнений \ (2N + 1 \) для разделения матриц столбцов \ (\ mathbf {e} \) и \ (\ mathbf {h } \) (см. уравнение (22)).{4N + 2} {c_ {m} S_ {3N + 2 + n, m} (0)}. \)

Исключение коэффициентов \ (R_n \) между уравнениями (24) и (25) дает первый набор уравнений \ (2N + 1 \) с \ (4N + 2 \) неизвестными коэффициентами \ (c_ {m} \) . Второй набор уравнений \ (2N + 1 \) получается путем исключения коэффициентов \ (T_n \) между уравнениями (26) и (27). Наконец, линейная система уравнений \ (4N + 2 \) с \ (4N + 2 \) неизвестными решается с помощью компьютерной библиотечной программы. Амплитуды \ (R_n \) и \ (T_n \) отраженного и переданного порядков выводятся из коэффициентов \ (c_ {m} \) с использованием уравнений (24) и (26).2 \) (Пети, 1980).

RCWA — один из самых популярных методов теории решеток, хотя он может представлять некоторые проблемы стабильности в видимой, инфракрасной и терагерцовой областях, когда материал решетки металлический: амплитуды различных порядков не сходятся, поскольку параметр \ (N \) увеличивается. Однако следует отметить, что значительный прогресс был достигнут в повышении стабильности (Li, 1996; Lalanne and Morris, 1996; Granet and Guizal, 1996; Popov and Nevière, 2003).

До RCWA был опубликован очень тесно связанный метод, дифференциальный метод (Hutley et al., 1975). Фактически этот метод остается очень похожим на RCWA до уравнения (21). Затем он решает систему дифференциальных уравнений с коэффициентами, зависящими от y , используя классические алгоритмы.

Интегральный метод

Исторически первый строгий метод был разработан в 60-х годах. Это интегральный метод , который сводит проблему решетки к интегральному уравнению или набору двух связанных интегральных уравнений (Maystre, 1984; DeSanto, 1981).Основным преимуществом этого метода является то, что он может решить практически любую проблему с решеткой, независимо от материала решетки, диапазона длин волн (от рентгеновских лучей до микроволн) или формы решетки. Дадим наглядное представление об этом методе на простом случае s-поляризованной падающей плоской волны, освещающей идеально проводящую решетку.

С эвристической точки зрения этот метод основан на интерпретации рассеяния через два явления:

  • Падающая волна, которая освещает профиль решетки, не может проникнуть через материал решетки и, таким образом, создает на профиле решетки поверхностную плотность тока \ (\ overrightarrow {j} (\ mathrm M ‘) = j (\ mathrm M’) \ hat z \), который зависит от точки \ (\ mathrm M ‘\) профиля.s (\ mathrm P) \ hat z \).
Рисунок 6: Интегральная теория

Рассеянное поле можно определить по плотности тока на профиле, который его сгенерировал. Действительно, профиль решетки можно легко представить в виде суперпозиции коротких дуговых элементов длиной \ (\ mathrm dl ‘\) с центрами вокруг точек профиля. На рисунке 6 мы показываем одну из этих элементарных дуг (красная линия) с центром вокруг точки \ (\ mathrm M ‘\). Поле, рассеянное этой дугой в любой точке \ (\ mathrm P \) пространства, может быть аппроксимировано полем, которое генерируется линейным током \ (j (\ mathrm M ‘) \ mathrm dl’ \), сосредоточенным на линия, параллельная оси z и включающая \ (\ mathrm M ‘\), по крайней мере, если расстояние \ (\ mathrm {PM’} \) велико по отношению к \ (\ mathrm dl ‘\).Это приближение стремится к строгому представлению, в том числе вблизи профиля, поскольку длина дуги \ (\ mathrm dl ‘\) стремится к нулю. Расчет в замкнутой форме поля, рассеянного в любой точке \ (\ mathrm P \) пространства единичным током, помещенным в точку \ (\ mathrm M ‘\), не представляет никаких трудностей. С математической точки зрения это так называемая функция Грина уравнения Гельмгольца в цилиндрических координатах (а именно функция Ганкеля), которая зависит только от расстояния \ (\ mathrm {PM ‘} \).s (\ mathrm P) = \ int \ limits_ {1 \; период} K (\ mathrm P, \ mathrm M ‘) j (\ mathrm M’) \ mathrm dl ‘. \]

где \ (K (\ mathrm P, \ mathrm M ‘) \) теперь зависит от \ (\ overrightarrow {\ mathrm {PM’}} \), а не только от \ (\ mathrm {PM ‘} \). \ (K (\ mathrm P, \ mathrm M ‘) \) можно выразить как сумму экспоненциальных функций (Petit, 1980; Maystre, 1984). Уравнение (29) позволяет после элементарных расчетов показать, что рассеянное поле над профилем решетки можно представить в виде расширения плоской волны, которое есть не что иное, как сумма в правой части (10).Кроме того, (29) обеспечивает выражение амплитуд \ (R_n \) плоских волн (следовательно, эффективности) из плотности поверхностного тока \ (j \) через простые интегралы.

Плотность поверхностного тока также можно рассчитать из уравнения (29), записав, что полное электрическое поле в точке \ (\ mathrm {P} \) в воздухе должно стремиться к нулю как \ (\ mathrm {P } \) стремится к точке \ (\ mathrm {M} \) профиля. Действительно, тангенциальная составляющая электрического поля непрерывна по поверхности решетки: поскольку она исчезает на стороне идеально проводящего материала, она также должна исчезать на воздушной стороне границы раздела.я (\ mathrm M) знак равно 0. \]

Оказывается, в этом случае \ (\ lim _ {\ mathrm P \ to \ mathrm M} [K (\ mathrm P, \ mathrm M ‘)] = K (\ mathrm M, \ mathrm M’) . \) Уравнение (30) является интегральным уравнением, поскольку неизвестная функция \ (j (\ mathrm M ‘) \) помещается внутри интеграла. Функция \ (K (\ mathrm P, \ mathrm M ‘) \) называется ядром интегрального уравнения.

Количество доступных программ, основанных на этом методе, очень мало, что является следствием сложности работы с теорией и, прежде всего, с численной реализацией.Самая серьезная трудность возникает из-за того, что ядро ​​представляет собой серию, которая сингулярна, поскольку \ (\ mathrm M \) стремится к \ (\ mathrm M ‘\). Существуют классические методы решения интегрального уравнения, из которых наиболее распространен метод конечных элементов. Интегральный метод, иногда называемый теорией потенциалов или методом функций Грина , является наиболее популярным методом в электромагнетизме.

Некоторые другие методы

Распространены и другие методы.Более поздняя теория, C-метод , оказалась простым, универсальным и стабильным инструментом (Chandezon et al., 1982). Он основан на изменении координат, которое сводит профиль решетки к координатной оси и приводит к дифференциальной системе уравнений. Следует упомянуть последний популярный метод: модальные теории (Botten et al., 1981). В отличие от других теорий, он ограничен специальными профилями. На практике он был разработан для пластинчатых решеток.Теория использует специальный профиль для выражения формы полей внутри промежуточной области в виде ряда с неизвестными коэффициентами. Эти коэффициенты вычисляются путем обращения линейной системы уравнений с коэффициентами в замкнутой форме. Общие методы электромагнетизма также использовались для решения проблем с решеткой, например, FDTD (конечно-разностное временное разделение) или метод конечных элементов (Demézy et al, 2009).

Наконец, следует процитировать хорошо известный метод: метод Рэлея (Lord Rayleigh, 1907).Этот метод, исторически первая попытка строгого решения проблемы решетки, основан на так называемой гипотезе Рэлея: разложения плоских волн выше и ниже промежуточной области действительны во всех областях выше и ниже профиля решетки. Таким образом, согласование разложений полей на профиле дает непосредственно амплитуды отраженного и прошедшего порядков. Было показано, что гипотеза Рэлея может потерпеть неудачу, и на практике метод Рэлея приводит к численным нестабильностям, за исключением мелких решеток.

Заметим, что выражение «строгий метод» не всегда хорошо понимается и иногда подвергается критике. Действительно, при численной реализации необходимы приближения. Например, в методе RCWA разложения поля ограничиваются гармониками \ (2N + 1 \). Тем не менее, необходимо подчеркнуть, что теория основана на элементарных законах электромагнетизма, без какого-либо приближения, таким образом, что, увеличивая \ (N \), численные результаты могут быть получены с произвольным уровнем точности, который это не относится к приближенным методам , в которых используются теоретические допущения или приближения.

Производство

Решетки Echelette

Первая дифракционная решетка была изготовлена ​​в 1786 г. (Риттенхаус, 1786 г.). Американский астроном Д. Риттенхаус увидел спектр, образованный волосками, помещенными в резьбу двух параллельных винтов. Однако производство решеток высокого качества не было достигнуто до конца XIX века (Rowland, 1882). Х.А. Роуленд использовал управляющие двигатели для изготовления металлических дифракционных решеток с более чем 100 000 штрихов. Впоследствии технология решеток с линейчатыми решетками , также называемых решетками с эшелеттами или с решетками (рис. 3), достигла значительного прогресса (заинтересованный читатель может обратиться к (Harrison, 1949)).В течение почти одного столетия такая решетка оставалась практически единственной, которая производилась и использовалась для целей спектроскопии. Решетки Echelette изготавливаются с использованием интерферометрического контроля кромки алмаза для рисования параллельных канавок, периодически расположенных на тонком слое металла, нанесенного на оптически плоскую стеклянную подложку. Точнее, этот метод используется для создания мастер-решеток . Решетки Echelette изготавливаются путем копирования этих эталонных решеток посредством вакуумного напыления на эталонную подложку промежуточного слоя и металлических слоев, воспроизводящих эталонную поверхность, а затем на стеклянной подложке с эпоксидным покрытием.Наконец, реплицированная решетка отделяется от мастера. Несмотря на многочисленные усовершенствования техники владения, сделать мастера — задача не из легких. Управляющий двигатель — это очень сложный и изощренный объект точного машиностроения, и в большинстве случаев это компромисс между противоречивыми требованиями. Более того, алмазная кромка может изнашиваться в течение длительного процесса правки (Harrison, 1949).

Рисунок 7: Голографическая решетка: фоторезист подвергается воздействию системы полос.

Голографические решетки

В связи с тем, что спектроскопия звезд с помощью больших телескопов требует использования больших высококачественных дифракционных решеток, новый процесс изготовления решеток был инициирован в Германии (Schmahl, 1974) и во Франции (Labeyrie, Flamand, 1969).Голографический (или интерферометрический) процесс использует лазерный свет, освещающий фоторезист, и, в отличие от линейчатых решеток, все бороздки выполняются одновременно. Слой фоторезиста (рис. 7) подвергается воздействию системы бахромы, что приводит к изменению растворимости. Когда он проявляется в подходящем растворителе, удаление материала зависит от воздействия таким образом, что структура становится пропускающей диэлектрической решеткой. Его можно превратить в отражающую металлическую решетку путем вакуумного покрытия металлом.Чувствительность большинства фоторезистивных материалов сильно падает для длин волн более 500 нм. Как правило, профили голографической решетки близки к синусоиде. Однако этот процесс не является полностью линейным, и, таким образом, форма канавок не является идеально синусоидальной, даже если изменение интенсивности света является совершенно синусоидальным, за исключением мелких решеток.

Следует отметить, что самый точный период, который можно получить, — это \ (\ lambda / 2 \), \ (\ lambda \) — длина волны освещения фоторезиста.Этот интервал не может быть достигнут на практике, поскольку он соответствует углу падения лучей, равному 90 °, но период 0,6 \ (\ лямбда \) достигается при падении угла падения 60 °.

Рисунок 8: Вверху: поверхность эшелеттовой решетки с 600 штрихами / мм (Jobin-Yvon), наблюдаемая с помощью электронной микроскопии. Обратите внимание на большой дефект в центре. Внизу: профиль голографической решетки (Jobin-Yvon).

На рис. 8 показан профиль голографической решетки (внизу) и поверхность линейчатой ​​решетки (вверху). В монохроматорах часто предпочитают использовать голографические решетки, потому что они приводят к гораздо меньшему количеству паразитного света. .Рассеянный свет может быть вызван случайными дефектами решетки и приводит к обнаружению спектрометром неожиданных длин волн. С другой стороны, как линейчатые, так и голографические решетки могут обеспечить адекватную разрешающую способность (разрешающая способность — это способность решетки разделять две близкие длины волн и сильно зависит от общего количества штрихов).

Более современные технологии

Линейчатые и голографические решетки являются основными компонентами решеток, используемых в спектроскопии, но более поздние применения решеток потребовали новых процессов изготовления .В общем, эти процессы были первоначально разработаны для изготовления микроэлектронных и наноэлектронных компонентов, таких как интегральные схемы. Большая часть этих новых инструментов относится к раме литографии . Техника литографии заключается в воспроизведении рисунка, напечатанного на маске, на подходящем слое, нанесенном на подложку (Jaeger, 2002). С этой целью он использует частицы для удаления (непосредственно или после химической обработки) отдельных частей этого материала после пересечения маски.После обработки может быть нанесен новый материал (например, металл). В фотолитографии частицы представляют собой фотоны, а слой представляет собой фоторезист. Например, фотошаблон может быть изготовлен из заготовки из плавленого кварца, покрытой хромовым поглощающим узором. Обычно они используются ниже 400 нм. Лучшее разрешение (15 нм) достигается с помощью литографии в крайнем ультрафиолете (EUV) или рентгеновской литографии. В других литографических методах используются электроны (электронно-лучевая литография, сканирующая зондовая литография, электронно-лучевая литография с прямой записью…) или ионы (ионно-лучевая литография).

Другой метод, Реактивное ионное травление (RIE) , используется для изготовления решеток (Oehrlein, 1986). Вафельную тарелку помещают в камеру. Электрически стенки камеры заземлены, а пластина изолирована от них. Плазма под низким давлением создается радиочастотным электромагнитным полем, ударяющим по газу внутри камеры: это поле ионизирует газ, удаляя электроны из молекул. Таким образом, электроны попеременно движутся вверх и вниз в камере.Когда они ударяются о верхнюю часть камеры, они попадают в потенциал земли. С другой стороны, когда они ударяются об изолированном диске, они генерируют на нем отрицательный заряд, а плазма развивает положительный заряд из-за более высокой концентрации положительных ионов. В результате ионы движутся к пластине пластины и ударяются о поверхность. Они могут либо спровоцировать химические реакции, либо разбрызгать какой-либо материал на незащищенные части образца (например, можно сделать защиту фоторезистом).Поскольку движение ионов почти вертикальное, процесс травления действует вертикально и может создавать глубокие профили, особенно в Deep Reactive Ion-Etching (DRIE) .

Наконец, отметим технологию, адаптированную к интегральным оптическим схемам: Digital Planar Holography (DPH) . Решетки генерируются компьютером на волноводе с использованием методов микролитографии.

Список литературы

    ,
  • , Beckmann P и Spizzichino A (1987). Рассеяние электромагнитных волн на шероховатых поверхностях.Издательство Artech House, Нью-Йорк. ISBN 0-89006-238-2.
  • Боттен И. С., Крейг М. С., Макфедран Р. К., Адамс Дж. Л. и Эндрюрта Дж. Р. (1981). Optica Acta 28: 413.
  • Boyko O, Lemarchand F, Talneau A, Fehrembach A. L и Sentenac A (2009). Экспериментальная демонстрация сверхчеткой неполяризованной фильтрации резонансными решетками при наклонном падении, J.Opt.Soc. Являюсь. А 26: 676.
  • Breidne M и Maystre D (1980). Эквивалентность линейчатых, голографических и пластинчатых решеток в установках постоянного отклонения. Заявл. Опт. 19: 1812.
  • Чандезон Дж., Дюпюи М. Т., Корнет Дж., Мейстр Д. (1982). Решетки с многослойным покрытием: дифференциальный формализм, применимый во всей оптической области, J.Opt. Soc. Являюсь. 72: 839.
  • Demésy G, Zolla F, Nicolet A и Commandré M (2009). Optics Letters 34: 2216.
  • DeSanto J. A. (1981). Рассеяние на идеально отражающей произвольной периодической поверхности: точная теория, Radio Science 16: 1315.
  • Эббесен Т. В., Лезек Х. Дж., Гэми Х. Ф., Тио Т. и Вольф П. А. (1998).Необычайная оптическая передача через решетку отверстий субволновой длины. Природа 391: 667.
  • Granet G. и Guizal B (1996). Эффективная реализация метода связанных волн для металлических пластинчатых решеток, J. Opt. Soc. Являюсь. А 13: 1019.
  • Hänsch T. W. (1972 г.). Перестраиваемый лазер на красителях с периодическими импульсами для спектроскопии высокого разрешения. Заявл. Опт. 11: 895.
  • Харрисон Г. Р. (1949). Производство дифракционных решеток: I. Развитие господствующего искусства, J.Опт. Soc. Являюсь. 39: 413.
  • Хатли М.С., Веррилл Дж. П., Макфедран Р. К., Невьер М. и Винсент П. (1975). Представление и проверка дифференциальной постановки дифракции на проводящих решетках. Nouv. Rev. Opt. 6:87.
  • Hutley M C и Maystre D. (1976). Полное поглощение света дифракционной решеткой, Опт. Commun. 19: 431.
  • Hutley, M.C (1980). Дифракционные решетки, Techniques of Physics, Academic Press, Лондон.ISSN 0308-5392-6.
  • Джегер К. (2002). Литография, Введение в производство микроэлектроники. Прентис-Холл, Верхняя Седл-Ривер. ISBN 0-201-44494-7.
  • Кноп К. (1978) Дифракционные решетки для цветовой фильтрации в нулевом порядке дифракции. Прикладная оптика 17: 3598.
  • Лабейри А. и Фламанд Дж. (1969). Спектрографические характеристики дифракционных решеток, изготовленных голографическим способом. Optics Comm. 1: 5.
  • Лаланн Ф. и Моррис Г. М. (1996).Сильно улучшенная сходимость метода связанных волн для TM поляризации. J. Opt. Soc. Являюсь. А 13: 779.
  • Ли Л. (1996). Использование рядов Фурье при анализе прерывных периодических решеток. J. Opt. Soc. Являюсь. А 13: 1870.
  • Лёвен Э., Попов Э. (1997). Дифракционные решетки и приложения. Марсель Деккер, Нью-Йорк. ISBN 0-8247-9923-2.
  • Maréchal A и Stroke G W. (1959). Изначально эффекты поляризации и дифракции в оптических эффектах. C. R. Acad. Sci. . 249: 2042.
  • Maystre D (1984). Строгие векторные теории дифракционных решеток, в прогрессе оптики. Редактор Э. Вольф. Издательство Северной Голландии, Амстердам. Глава 1.
  • McPhedran RC и Maystre D (1977). К теории и солнечным приложениям индуктивных сеток. Прикладная физика A: Материаловедение и обработка 14: 1.
  • Мохарам М.Г. и Гейлорд Т.К. (1986). Строгий волновой анализ металлических решеток с рельефом поверхности. J. Opt. Soc. Являюсь. 3: 1780.
  • Невьер М., Пети Р. и Кадильак М. (1973). О теории оптических решетчатых систем ответвитель-волновод. Optics Communications 8: 113.
  • Oehrlein G S (1986) Реактивное ионное травление. Физика сегодня 39:26.
  • Озбай Э (2006). Плазмоника: слияние фотоники и электроники в наномасштабах. Наука 311: 189.
  • Пети Р. (1980). Электромагнитная теория решеток.Темы актуальной физики. Springer-Verlag, Берлин. ISBN 3-540-10193-4.
  • Попов Э., Машев Л, Майстрэ Д. (1986). Теоретическое исследование аномалий диэлектрических решеток с покрытием. Опт. Acta 33: 607.
  • Попов Э. и Невьер М (2003). Распространение света в периодических средах. Дифференциальная теория и дизайн. Марсель Деккер, Нью-Йорк. ISBN: 08194-4742-0.
  • Raether, H (1988). Поверхностные плазмоны на гладких и шероховатых поверхностях и решетках. Тракты Спрингера в современной физике 111.Springer-Verlag, Берлин. ISBN 0-387-17363-3.
  • Рэлей, лорд (1907). К динамической теории решеток. Proc. Royal Soc. А 79: 399.
  • Риттенхаус, Д (1786 г.). Оптическая задача, предложенная г-ном Хопкинсоном и решенная г-ном. Риттенхаус. Пер. Являюсь. Фил. Soc. 2: 201.
  • Роуленд Х. А (1982). Предварительное уведомление о результатах, достигнутых в производстве и теории решеток оптического назначения. Phil. Mag. 13: 469.
  • Schmahl G (1974). Голографические дифракционные решетки для видимого, УФ и мягкого рентгеновского диапазонов. Журнал спектроскопического общества Японии 23: 3.
  • Теперик Т. В., Гарсия де Абахо Ф. Дж., Борисов А. Г., Абдельсалам М., Бартлет П. Н., Сугавара Ю. и Баумберг Дж. Дж. (2008). Nature Photonics 2: 299.
  • Treacy E (1969). Сжатие оптических импульсов с помощью дифракционных решеток. Журнал квантовой электроники IEEE 5: 454.
  • Турунен Дж. И Выровски Ф. (1998).Дифракционная оптика для промышленного и коммерческого применения. Wiley-VCH, Берлин. ISBN-10: 3527401008.
  • Дерево R W (1902 г.). О замечательном случае неравномерного распределения света в спектре дифракционной решетки. Phil. Mag. Лондон 4: 396.

Рекомендуемая литература

  • Hutley, M.C (1980). Дифракционные решетки, Techniques of Physics, Academic Press, Лондон. ISSN 0308-5392-6.
  • Джегер К. (2002). Литография, Введение в производство микроэлектроники.Прентис-Холл, Верхняя Седл-Ривер. ISBN 0-201-44494-7.
  • Лёвен Э.Г., Попов Э. (1997). Дифракционные решетки и приложения. Марсель Деккер, Нью-Йорк. ISBN 0-8247-9923-2.
  • Maystre D (1993). Дифракционные решетки. SPIE Optical Engineering Press, Беллингхэм. ISBN 0-8194-1371-2.
  • Невьер М., Попов Э. Распространение света в периодических средах: дифференциальная теория и дизайн (2003). Марсель Деккер, Нью-Йорк. ISBN 0-8247-0893-8.
  • Пети Р. (1980). Электромагнитная теория решеток.Темы актуальной физики. Springer-Verlag, Берлин. ISBN 3-540-10193-4.

Прецизионные решетки — Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB)

ffnet в neuem Fenster Открывается в новом окне ffnet externe Seite Открывает внешний сайт ffnet externe Seite в новом Фенстере Открывает внешний сайт в новом окне

Целью рабочей группы «Прецизионные решетки» является предоставление дифракционных решеток для научных приложений. Основное внимание уделяется мягким рентгеновским решеткам для монохроматоров пучков и спектрометров.

Рабочая группа оснащена технической инфраструктурой, необходимой для производства мягких отражательных решеток рентгеновского излучения, как световых, так и ламинарных решеток.

Обеспечить доступность

HZB удалось создать мощности по производству дифракционных решеток для источников синхротронного излучения за счет финансирования проекта из Европейского фонда регионального развития (ERDF). С 2013 года возможно изготовление как ламинарных, так и световых дифракционных решеток.Это был большой успех проекта ERDF и обеспечил доступность оптических решеток для пучков и инструментов мягкого рентгеновского излучения. Такие проекты HZB, как Лаборатория энергетических материалов на месте (EMIL) на источнике фотонов BESSY II, получают выгоду от специализированных решеток, которые могут быть изготовлены в тесном сотрудничестве с группой.

Качество

На качество экспериментов с использованием синхротронного излучения влияет оптическое качество дифракционной решетки. В свою очередь, на оптическое качество дифракционной решетки влияет качество производственных процессов.Таким образом, рабочая группа может существенно отличить хорошие решетки от плохих, сосредоточив внимание на качестве и надежности процессов и отдельных этапов производства. Компания внедряет процесс непрерывного совершенствования, чтобы достичь стабильных производственных условий, оптимизировать процессы и снизить затраты на доработку.

Каждая решетка — проект

Производство для конкретного приложения, ограниченный бюджет, временные ограничения: это предпосылки для проектно-ориентированного производства.Как внутренние, так и внешние проекты могут ожидать, что рабочая группа будет интегрирована в структуру проекта. При подготовке проектов спецификации согласовываются с требованиями заказчика и техническими возможностями производства решеток. Результатом является спецификация решетки, подходящей для конкретного применения. Вся продолжительность производства дифракционных решеток в несколько месяцев разбита на этапы с соответствующими этапами. Отчеты о ходе выполнения информируют заказчика, чтобы обеспечить надежность планирования в ходе проекта.

определение решеток в The Free Dictionary

Атос, дойдя до назначенной комнаты, наблюдал через решетки на окнах, стенах и крышах; В ответ на запрос Коммингес сказал, что он смотрит на заднюю часть павильона, где был заключен д’Артаньян. Таков был грохот колоколов и вопль кошек, хотя герцог и герцогиня были изобретателями о шутке они были поражены ею, в то время как Дон Кихот стоял, парализованный страхом; и, как назло, две или три кошки пробрались сквозь решетку его комнаты и, перелетая с одной стороны на другую, создавали впечатление, будто в ней находился целый легион дьяволов.Пока Корнелиус, рассуждая об этом внутри себя, строил всевозможные воздушные замки и боролся между надеждой и страхом, ставни решетки в двери открылись, и Роза, сияющая от радости и прекрасная в своем красивом национальном стиле. костюм — но еще более красивый от горя, которое последние пять месяцев побледнело ее щеки, — прижал свое личико к проволочной решетке окна и сказал ему: немного свежего воздуха: массивный фундамент был проложен в одном месте; В результате образовалась грубая ниша с решеткой на конце и наверху, примерно в семи футах над земным полом.Прентис пробирался ощупью; Он остановился у дома, с изуродованного и гнилого фасада грубое изображение бутылки качалось из стороны в сторону, как какой-то упертый злодей, трижды ударившись ногой о железную решетку. направление зверей позади него. В назначенный час лорд де Винтер и четверо друзей отправились в монастырь; звонили колокола, часовня была открыта, решетка хора закрыта. У монаха может не быть такой гордости, как у меня; ибо я заявляю, что если бы кто-нибудь поместил меня в сундук с этой решеткой на моем рту и унес меня упакованным, как теленка, через море, я бы сохранил такую ​​память о своих жалких взглядах в этом сундуке и такую Ужасная враждебность по отношению к тому, кто втянул меня в это, я бы так ужасно боялся увидеть саркастическую улыбку на лице злого негодяя или в его поведении какую-либо гротескную имитацию моего положения в ящике, которую, Мордиу! такой свет, который проникал через решетку из железных прутьев, сделанную в виде довольно большого окна, через которое его всегда можно было рассмотреть с мрачной лестницы, на которую выходила решетка.Ничего о ней никогда не обнаруживается — ни решетки, ни спасательного круга, ни лодки, ни фирменного весла, — чтобы намекнуть на место и дату ее внезапной смерти. Там был построен огромный подвал, закрытый старой железной решеткой. Это было не в порядке, в которое были брошены не только человеческие останки, снятые с цепей Монфосона, но и тела всех несчастных, казненных на других постоянных виселицах Парижа. гвозди, слегка царапающие дверь библиотеки, сообщили Валентине, что граф все еще наблюдает, и порекомендовали ей сделать то же самое; в то же время на противоположной стороне, то есть по направлению к комнате Эдварда, Валентине показалось, что она слышит скрип пола; она внимательно слушала, затаив дыхание, чуть не задохнувшись; замок повернулся, и дверь медленно открылась.

Решетки спектрографа Гудмана | SOAR

Обновлено в марте 2021 г.

Одновременно в спектрографе можно установить до трех (3) решеток, в линейном каскаде, что позволяет быстро менять решетки. Установка различных решеток — это дневная операция. В ночное время установка решеток не производится.

В комплект решеток входят 400, 600, 930, 1200, 1800, 2100 и 2400 л / мм светопропускающие решетки VPH.

НОВЫЙ (апр 2018):

Новые решетки 600 и 1200 л / мм были доставлены в SOAR в апреле 2017 года. По результатам испытаний на телескопе мы предлагаем новые решетки со следующими рекомендациями:

  • 600 линейных решеток: Существующая решетка 600 л / мм переименована в 600old и рекомендуется для всех наблюдений от УФ до 650 нм, с либо для синей, либо для красной камеры. Для программ, требующих спектров в дальний красный (e.g., вокруг триплета Ca II), мы рекомендуем использовать новую решетку 600Red + Red Camera.
  • 1200 линейчатых решеток: Для наблюдений в УФ-диапазоне используйте решетку 1200Blue + Blue Camera. Для наблюдений в диапазоне 450–550 нм следует использовать решетку 1200Blue с камерой , либо Blue, либо Red. Для наблюдений за пределами ~ 600 нм используйте решетку 1200Red + Red Camera.

Конфигурации остаются такими, как указано в таблице ниже.

Предел длинных волн для решеток с высоким разрешением
Из-за ограничений на этапе вращения камеры невозможно использовать решетки 1800, 2100 и 2400 л / мм за пределами центральных длин волн, указанных ниже:

  • Решетка 1800 л / мм: мода Литтроу с центром на 760 нм, диапазон 7200 A — 8000 A
  • Решетка 2100 л / мм: мода Литтроу с центром на 650 нм, диапазон 6185 A — 6815 A
  • Решетка 2400 л / мм: мода Литтроу с центром на 565 нм, диапазон 5395 — 5905 A

В таблице ниже показаны дисперсия и охват длин волн для наблюдений в наших установленных спектроскопических режимах.Обратите внимание, что решетки 1800, 2100 и 2400 л / мм работают в пользовательском режиме (конфигурация Littrow), в котором наблюдатель выбирает центральную длину волны для своих наблюдений.

Решетки VPH работают через брэгговское рассеяние, и для их эффективной работы требуется режим Литтроу или близкий к Литтроу режим спектрографа.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.