ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2004 года по МПК G02B5/18 G02B27/44 

Изобретение относится к оптике, а именно к устройствам, позволяющим исследовать спектральный состав излучения, и может быть использовано для грубого анализа спектрального состава света.

Известно устройство для получения разложения света в спектр, состоящее из дифракционной решетки на пропускание [1].

Разложение света в спектр основано на том, что углы прохождения света разной длины волны оказываются различными из-за дифракции на периодической структуре.

Однако известное устройство не позволяет наблюдать спектральный состав излучения без применения оптической щели, коллиматорной и объективных линз и имеет высокую стоимость.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство с вогнутой дифракционной решеткой, состоящее из сферической зеркальной подложки, нанесенных на нее штрихов одинаковой формы, параллельных между собой [2].

Разложение света в спектр основано на том, что условия отражения света разной длины волны оказываются различными из-за дифракции на периодической структуре, а фокусировка изображения входной на выходной щели обеспечивается за счет сферической формы подложки.

Однако в известном устройстве оптическое изображение входной щели, разложенное в спектр, расположено на круге Роуланда, радиусом R/2, где R - радиус сферы зеркальной подложки. Это затрудняет изучение спектра, кроме того, устройство имеет высокую стоимость.

Предлагаемое устройство отличается от известного тем, что спектр можно наблюдать не на круге Роуланда, а вдоль линии, кроме того, предлагаемое устройство отличается от известного тем, что оно имеет меньшую стоимость.

Задача изобретения - получение простого, недорогого устройства для грубого анализа спектрального состава света.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемое устройство изготовлено из плоской прозрачной подложки, нанесенной на нее оптически непрозрачной пленки, имеющей кольцеобразную полупрозрачную зону, состоящую из чередующихся концентрических штрихов.

Сущность изобретения заключается в упрощении устройства для грубого анализа спектра оптического излучения за счет применения плоской прозрачной подложки, нанесенной на нее оптически непрозрачной пленки, имеющей кольцеобразную полупрозрачную зону, состоящую из чередующихся концентрических штрихов.

Техническим результатом является то, что предлагаемое устройство позволяет наблюдать спектр на линии перпендикуляра к плоскости подложки, проходящей через центр концентрических штрихов, образующих дифракционную решетку, и имеет низкую стоимость по сравнению с известными аналогами.

На фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - принцип работы устройства.

Устройство состоит (см. фиг.1.) из оптически прозрачной подложки 1, непрозрачной пленки 2 с системой концентрических дифракционных штрихов, нанесенных на эту пленку и составляющих кольцеобразную область 3.

Устройство работает следующим образом.

Параллельный пучок света падает на устройство. Часть света проходит через устройство, не преломляясь (нулевой порядок дифракции), часть падающего излучения преломляется от оптической оси (-1, -2... порядок дифракции, на фиг.2. не показано) и часть преломляется к оптической оси (+1, +2,... порядок дифракции, на фиг.2. показан только первый порядок дифракции). При этом излучение, соответствующее каждой длине волны, имеет свой угол преломления. За счет этого достигается разложение света в спектр. Дифракционная решетка выполнена в виде концентрических окружностей, поэтому на прямой, перпендикулярной плоскости подложки и проходящей через центр концентрических штрихов, наблюдается сложение интенсивностей лучей соответствующих длин волн от положительных порядков дифракции.

Любое спектральное устройство характеризуется такими параметрами, как разрешающая способность R₀, угловая и линейная дисперсии, область дисперсии.

Разрешающая способность предлагаемого устройства

где X=R·ctgϕ₁;

здесь Х - расстояние от плоскости пленки до точки схождения лучей длины волны λ, м; ϕ₁ - угол отклонения луча данной длины волны λ, рад; λ - длина волны, м; m - порядок дифракции; R - расстояние от центра концентрических штрихов до ближайшего штриха, м; ΔR - ширина кольцеобразной дифракционной области, м; d - период дифракционной решетки, м.

Отсюда для видимой области спектра разрешающая способность предлагаемого устройства при R=0,03 м, ΔR=0,001 м, d~1·10^-6 приблизительно равна 30-40. Такая разрешающая способность достаточна для различения основных цветов радуги. Для сравнения разрешающая способность современных дифракционных решеток составляет 1·10⁴...7·10⁴, призменных спектральных приборов - 1·10³...1·10⁴.

Угловая дисперсия, а также область дисперсии предлагаемого устройства практически сравнимы с соответствующими параметрами обычной дифракционной решетки.

Таким образом, предлагаемое устройство, в отличие от аналога, обладает низкой разрешающей способностью, следовательно, не может быть использовано для тонкого спектрального анализа. Однако оно вполне подойдет для некоторых целей, например для демонстрации оптических явлений в учебном процессе.

Источники информации

1. Ландсберг Г.С. Оптика. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1957. Глава 9, стр. 160 (аналог).

2. Малышев В.И. Введение в экспериментальную спектроскопию. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. Глава 3, стр. 277 (Прототип).

Устройство для разложения оптического излучения в спектр выполнено в виде дифракционной решетки и состоит из чередующихся параллельных друг другу штрихов одинаковой ширины, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и нанесенных на подложке. Устройство изготовлено из плоской прозрачной подложки и нанесенной на нее оптически непрозрачной пленки, имеющей кольцеобразную полупрозрачную зону, состоящую из чередующихся концентрических штрихов. Технический результат - получение простого, недорогого устройства для грубого анализа спектрального состава света. 2 ил.

Устройство для разложения оптического излучения в спектр, выполненное в виде дифракционной решетки, состоящей из чередующихся параллельных друг другу штрихов одинаковой ширины, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга и нанесенных на подложке, отличающееся тем, что оно изготовлено из плоской прозрачной подложки, нанесенной на нее оптически непрозрачной пленки, имеющей кольцеобразную полупрозрачную зону, состоящую из чередующихся концентрических штрихов.