СОСТАВНАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА Российский патент 2005 года по МПК G02B5/18 

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в качестве диспергирующего элемента оптических или оптико-электронных приборов, применяемых в экспериментальной спектроскопии.

Известна дифракционная решетка, подложка которой выполнена из пьезоэлектрического материала (ФРГ, G 02 B 27/38, №2456560). Прикладывая к соответствующим электродам такой подложки переменное электрическое поле, можно изменять во времени постоянную решетки, а следовательно, и угол дифракции, т.е. сканировать диспергированным пучком в пространстве. Недостатком этих решеток является невозможность управления интенсивностью диспергированного пучка лучей и, кроме того, у последней решетки изменяются основные характеристики из-за изменения постоянной решетки.

В качестве наиболее близкой по технической сущности изобретения выбрана составная дифракционная решетка, состоящая из нескольких одинаковых дифракционных решеток, закрепленных на неподвижном основании так, что их штрихи параллельны (СССР, G 02 B 5/18, а.с. №909648). В этой решетке одинаковые дифракционные решетки закреплены попарно со сдвигом одна относительно другой в направлении дисперсии на определенную величину (Δd):

где n=0, 1, 2,...;

k=1, 2, 3,...;

d - шаг штрихов решеток.

В результате, при соответствующем выборе значений n и k величина относительного сдвига решеток внутри каждой пары будет таковой, что в диспергированном составной решеткой потоке излучения будет отсутствовать k-тый порядок спектра.

Целью предлагаемого изобретения является создание составной дифракционной решетки с возможностью модуляции диспергированного светового пучка в рабочем порядке спектра.

Указанная цель достигается тем, что одна из двух закрепленных попарно одинаковых дифракционных решеток установлена в направляющих с возможностью перемещения в направлении дисперсии и соединена с устройством генерации механических колебаний, состоящим, например, из пьезоэлектрической пластины и подключенного к ней генератора переменного напряжения.

На чертеже показан один из возможных вариантов выполнения составной дифракционной решетки. Она состоит из монолитного основания (1), на котором закреплена неподвижная решетка (2) и подвижная решетка (3) направляющих (4), позволяющих ей совершать возвратно-поступательное движение в направлении дисперсии. Подвижная дифракционная решетка (3) соединена с одной из граней пьезоэлектрической пластины (5), другая грань которой соединена с неподвижным основанием (6). На соответствующие электроды диэлектрической пластины (5) подключен посредством электрической связи (8) генератор переменного напряжения (7).

Предложенное устройство функционирует следующим образом. Поток излучения, прошедший через составную дифракционную решетку, разлагается в спектр. При этом, если величина сдвига между подвижной и неподвижной одинаковыми дифракционными решетками в направлении дисперсии равна

где k_p - рабочий порядок спектра, а n=0, 1, 2,...,

то интенсивность диспергированного решеткой светового пучка в рабочем порядке спектра в плоскости изображения камерного объектива монохроматора будет нулевой. Это следует из рассмотрения инструментального контура составной дифракционной решетки. Действительно, соотношение для инструментального контура такой решетки при нормальном падении лучей с учетом явлений дифракции и интерференции и того, что

dsinϕ=kλ и b=αd,

запишется в виде

где a₀ - суммарная амплитуда колебаний, приходящаяся на единицу поверхности волнового фронта;

L - длина штриха решетки;

b - ширина рабочей части штриха;

N - общее число штрихов решетки;

ϕ - угол дифракции;

λ - длина волны светового пучка;

Δd=md величина сдвига между решетками.

При и k=k_p величина J (см. соотношение (3)) обращается в нуль.

Пусть величина Δd предлагаемой составной решетки изменяется по гармоническому закону

Δd=m'd=dmsin(2πƒt+ψ₀)

или

m'=msin(2πƒt+ψ₀),... (4)

где m - относительная амплитуда колебаний решетка (3);

ƒ - частота колебаний;

ψ₀ - начальная фаза колебаний (пусть ψ₀=0).

Подставляя (4) в (3), получим

Из соотношения (5) с учетом (2), в котором n=0, k_p=1 (рабочий порядок - первый) следует, что J=0 при , где r=0, 1, 2,...

Таким образом, в этих точках достигается 100% модуляция светового пучка, а в целом интенсивность светового пучка в рабочем порядке спектра изменяется по гармоническому закону в соответствии с соотношением (5). В действительности модуляция меньше 100% из-за наличия побочных максимумов в инструментальном контуре любой дифракционной решетки. Однако их интенсивность по сравнению с интенсивностью главных максимумов мала.

В результате использования изобретения описанной конструкции расширяются функциональные возможности составной дифракционной решетки, т.е. кроме диспергирования ручка лучей решетка осуществляет и модуляцию его интенсивности в рабочем порядке спектра.

Составная дифракционная решетка состоит из нескольких одинаковых дифракционных решеток, установленных попарно на общем основании и ориентированных так, что их штрихи параллельны. Одна из двух закрепленных попарно одинаковых дифракционных решеток установлена в прямолинейных направляющих и соединена с устройством генерации механических колебаний, осуществляющим возвратно-поступательное движение этой решетки в направлении дисперсии. Технический результат - возможность модуляции диспергированного светового пучка в рабочем порядке спектра. 1 ил.

Составная дифракционная решетка, состоящая из нескольких одинаковых дифракционных решеток, установленных попарно на общем основании и ориентированных так, что их штрихи параллельны, отличающаяся тем, что одна из двух закрепленных попарно одинаковых дифракционных решеток установлена в прямолинейных направляющих и соединена с устройством генерации механических колебаний, осуществляющим возвратно-поступательное движение этой решетки в направлении дисперсии.