Вогнутая дифракционная решетка Советский патент 1984 года по МПК G02B5/18 

Фиг.1 Изобретение относится к оптическо му приборостроению, в частности к конструкциям дифракционных решеток, и может быть использовано в качестве диспергирующего элемента в спектраль ных приборах. По основному авт.св. №387319 известна вогнутая диффракционная решет ка, содержащая П1трихи ступенчатого профиля, у которой зеркальные рабочи пологие грани всех штрихов наклонены к касательной ее образующей под один ковыми углами Г1. Такая конструкция решетки позволяет повысить коэффициент ее отражения в области максимума концентрации Штрихи решетки выполняются резко асимметричными, что дает возможность направлять большую долю дифрагированного от нее излучения в один максимум, определяемый шириной и углом наклона рабочей пологой грани штрихов. Угол наклона этой грани штрихов определяет угол блеска решетки, т.е. угол, при котором достигается наибольший коэффициент отражения от указанной грани. При углах же дифракции, отличных от углов блеска, коэффициент отражения решеток уменьшается. Полуширина области максималь ной концентрации энергии решеток со ступенчатым профилем штрихов, вьгчис.ляемая по формуле . 0,442 определяет область ( ялкн вол работы решетки с максимальным коэффи циентом отражения. В приведенном выражении Л „ -дли на волны, соответствующая максимуму отражения, -К - порядок дифракции. При этом полуширина области макси мума концентрации в 1 порядке состав ляет 4A (,8)/ltn во П й (0.82-1.28) ,в Ш -ЛЛ(0,87-1,12)А и т.п.уменьшаясь с увеличением номе ра порядка спектра. При других длина волн вне указанных областей коэффици енты отражения решеток существенно (в десятки раз) снижаются по .сравнению с коэффициентом отражения в максимуме концентрации, что исключает возможность использования указанных дифракционных решеток в спектральных приборах для работы в широкой области спектра, что является недостатком рассмотренной конструкции. Цель изобретения - повьш1енйе коэффициента отражения в ншрокой области спектра. Поставленная цель достигается тем, что в вогнутой дифракционной решетке крутые грани ее штрихов снабжены зеркальным покрытием, угол между крутыми и пологими гранями выполнен прямым, а угол А наклона пологих граней штрихов решетки к касательной ее образующей определяемся соотношением . 90°-оС где ct- угол блеска решетки, отсчитываемый от нормали к ее образующей в направлении нормали к крутой грани штрихов. На фиг.1 представлена конструкция предлагаемой решетки в разрезе по ширине заштрихованной поверхности; на фиг.2 -схема отражения падающего на решетку излучения при угле блеска решетки. Вогнутая дифракционная решетка содержит слой 1 металлизации, на котором сформированы штрихи 2 двугранного ступенчатого профиля и который жестко скреплен с подложкой 3. Пологая 4 и крутая 5 грани всех-штрихов 2 снабжены зеркальным покрытием. Угол 0 между этими гранями выполнен прямым, а угол А наклона пологих граней 4 штрихов решетки к касательной 6 ее образующей 7 определяется соотношением (1). При этом угол блеска решетки - oi отсчитывается от нормали 8 к ее образующей 7 в направлении нормали 9 к крутой грани 5 штрихов 2 и вычисляется в соответствии с выражением КЯ„(2) oi ctrcsih где d- период, решетки. Решетка работает следующим образом. Луч 10, падающий на решетку под углом 0 (в спектральном приборе, на фиг.1 и 2 не показан), последовательно отражается от зеркального покрытия граней 5 и 4 и дифрагирует в направлении 11 под тем же углом то же время луч 12, параллельньй лучу 10, последовательно отражается от граней 4 и 5 и дифрагирует в направлении 13 также под угол . При этом угол ot является углом блеска решетрси, поскольку при таком угле падения все лучи 10 и 12 дифрагируют на решетке в направлениях 11 и 13 под тем же углом .ci. Благодаря указанной величине угла А гра ни А и 5 работают всей апертурой иВ направлении 11 и 13 угла блеска об достигается наибол1йпий коэффициент отражения, соответствукяцнй положению максимума концентрации решетки . При увеличении углов дифракции oi до углов падения и дифракции соответствуюпц1х отражению по нормали 9 от -крутой грани 5 штрихов 2, достигается второе положение максимума концентрации, также соответствующее наибольшему коэффициенту отражения решетки. Благодаря наличию двух максим мов концентрации решетки и достигается значительное увеличение облас ти максимальной концентрации решетки а следовательно, и коэффициентов отражения решетки на краях указанной области спектра. Пример реализации изобретения. По предлагаемому методу изготовлены экспериментальные образцы дифра ционных решеток со следующими характеристиками: число штрихов на мм решетки 1200,радиус кривизны 1000,35 мм JQ Я 300 нм, рабочий порядок К - первый. Параметры штрихов решеток делялись следующим образом. По формуле (2) определяли oi -угол блеска решетки, который составил 10,35. Затем по формуле (1) определяли угол наклона ,82°пологой, а затем угол наклона крутой грани, составивший 50,17. При угле падения и дифракдииг 50, П, соответствующем отражению по нормали от крутой грани штрихов, достигается второе положение максимума концентрации при длине волны Дщ. 1283 нм, вычисляемой по формуле (2) .При этом коротковолновая граница полуширины максимума концентрации в 1 порядке составляла 0, 0,7-300 нм 210 нм. В то же время длинноволновая граница полуширины второго положения максимума концентрации составила 1,8 1,81283 2309 нм. Таким образом, полуширина максимума концентрации решетки в первом порядке спектра равнялась Д 2309-210 нм 2099 нм. Для сравнения укажем, что при том же угле блеска ,35 величина 4Л в прототипе составляет лишь 330 нм. Таким образом, применение изобретения позволит увеличить в 4-7 раз область полуширины максимума концентрации и как следствие в десятки раз повысить коэффициенты отражения решеток в указанных областях спектра.

Фиг.г

ВОГНУТАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА по авт.св. №387319, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента отражения в широкой области спектра, крутые грани ее штрихов снабжены зеркальным покрытием, угол между крутыми и пологими гранями вьшолнен прямым, а угол А наклона пологих граней штрихов решетки к касательной ее образующей определяется соотношением :, где сИ - угол блеска, отсчитываемый от нормали к ее образующей в направлении нормали к крутой грани штрихов.