Дифрационная решетка Советский патент 1982 года по МПК G02B5/18 

(54) ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Изобретение относится к технике спектроскопии и может быть использовано для амплитудно-частотного анализа электромагнитного излучения в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной и радиочастотной областях спектра. Известны устройства для определения спектрального состава света, содержащие одно-, двух- или трехмерную упорядоченную систему элементов, переизлучающих падающую на нее волну. Эти системы конструктивно отличаются друг от друга и эти отличия зависят от диапазона длин волн анализируемого излучения Если система, упорядочена и характерные расстояния между элементами d больще длины волны излучения А , то образуются вторичные волны (дифрагированные), направление распространения которых зависит от отнощения -. По интенсивности вторичных волн, распространяющихся в различных направлениях, обычно и судят о спектральном, составе света 1. Однако эффективность этих устройств сравнительно невелика ввиду многоступенчатости процесса преобразования энергии первичной волны и больщого числа вторичных волн (порядков дифракции). Известны также дифракционные рещетки, содержащие подложку с защтрихованной поверхностью. Штрихи нанесены на подложку чаще всего эквидистантно, что предопределяет следующую закономерность углов распространения вторичных волн sin Ч j где р - угол падения первичной волны на ре щетку; т - угол дифракции К-го порядка; Л -длина волны излучения; d - постоянная рещетки, т.е. расстояние между двумя соседними щтрихами. Измерению подвергается энергия дифрагированных вторичных волн, для которых sin г 1. Эффективность рещетки определяется энергией волны, распространяющейся в направлении наблюдения, и зависит от качества отражающего покрытия и формы щтрихов. Последняя определяет одну из характеристик рещетки, называемую углом блеска или углом максимальной концентрации света, и соответствует зеркальному отражению. Это направление не является строго однозначным: оно определяет положение довольно широкого углового интервала. В практике использования дифракционных решеток угол блеска бывает обычно 20- 40°, а ширина максимума блеска - несколько градусов 2. Недостатком известных дифракционных решеток является их низкая эффективность. Это связано с необратимыми потерями в процессе преобразования первичной волны во вторичную (поглощение, рассеяние), с тем, что выбор малых углов блеска является компромиссным в смысле эффективности, так как при больших углах блеска решетка д,ает малое число порядков, но и малый же световой диаметр при работе в автоколлимационном режи.ме, а при малых углах наоборот, а также с те.м, что обычно лишь небольшая часть энергии дифрагированной волны участвует в формировании регистрируемого сигнала. Целью изобретения является повышение эффективности решетки. Эта цель достигается тем, что подложка решетки выполняется из термочувствительного материала, причем сформированные на ней штрихи имеют угол блеска 90°. Известно, что если угол дифракции, определяемый по формуле, становится равным или больше 90°, то энергия этого порядка дифракции идет на образование поверхностной волны. Хорошо отражающие материалы обладают большим коэффициентом поглощения. Поэтому, образовавшаяся поверхностная волна быстро поглощается, т.е. нагревает подложку. Таким образом, решетка совмещает в себе функции диспергирующего элемента и .фотоприемника. Следует особо отметить, что энергия полностью поглощается независимо от длины волны. Дополнительным средством повышения эффективности может служить обычный прием - выбор формы штриха. Наиболее выгодным для образования интенсивной поверхностной волны является такая форма штриха, которая обеспечивает максимум концентрации света в направлении, близком к касательной поверхности решетки, т.е. вблизи угла 90°. В этом случае плоскость штриха должна быть наклонена к плоскости подложки на угол 45°. Подложка дифракционной решетки может, быть выполнена из материала, сопротивление которого зависит от температуры, В этом случае подложка представляет собой термосопротивление или термоэлемент. Возможно использование термопарной подложки, но наиболее подходящим материалом для изготовления ее являются сегнето-электрики, в частности, титанат бария и цирконаттитанат свинца. Сегнето--электрики позволяют измерять изменения температуры до (пироприемники). Большинство пироприемников являются дифференциальными по времени, т.е. они измеряют величину - приращение поглощенной энергии по времени. Сигнал появляется лишь в процессе нагревания или охлаждения. Предлагаемое устройство является интегральным, так как нагрев подложки происходит не только при достижении угла дифракции 90°, о и в дальнейшем, когда величина станет больше I. Применение дифференциального по температуре материала для подложки позволит получить спектр в реальном его виде. На чертеже представлены: а - примерный вид спектра света, падающего на решетку, б - график изменения энергии поверхностной волны при последовательном прохождении компонентами спектра предельного угла, в - вид сигнала с применением дифференциального прие.мника. Использование материала с интегральными свойствами требует применения дифференцирующих элементов, включенных в измерительную цепь. Таки.м образом, предлагаемое устройство действует более эффективно потому, что дифракционная решетка работает аналогично модели «черного при углах меньщих 90° энергия почти полностью отражается, а при полностью поглощается. В решетке совмещаются функции диспергирующего элемента и фотоприемника, т.е. исключаются промежуточные потери. Выбор угла максимального концентрации энергии позволит получить наиболее интенсивную поверхностную волну. Применение предлагаемой дифракционной решетки позволит упростить спектроскопический анализ и повысить его качество. Формула изобретения Дифракционная рещетка, содержащая подложку, на которой сформированы штрихи, отличающаяся тем, что, с -целью повышения эффективности решетки, подложка выполнена из тер.мочувствительного материала, причем, решетка имеет угол блеска 90°. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Пейсахюн В. И. Оптика спектральных приборов. Л., «Машиностроение, 1975, с. 68. 2.Зайдель А. Н. и др. Техника и практика спектроскопии. М., «Наука, 1976, с. 46-55 (прототип).

/

Cf