Դիֆրակցիոն ցանց

Դիֆրակցիոն ցանց, հավասարահեռ միանման զուգահեռ խազերով հարթ կամ գնդային սահմանափակ մակերևույթ, թափանցիկ կամ անդրադարձնող, լինում է նաև տարածական, ինչպես օրինակ բյուրեղային ցանցը ռենտգենյան ճառագայթների համար։ Դիֆրակցիոն ցանցն անկանոն է, եթե անցքերն ու արգելքները չունեն որոշակի դասավորություն։ Դիֆերակցիոն ցանցի հարևան խազերի հեռավորությունը կոչվում է ցանցի պարբերություն և նշանակվում է $d$ տառով։ Ցանցի վրա ընկնող լույսի զուգահեռ ճառագայթների փունջը դիֆրակցիայի է ենթարկվում։ Խազերի թիվը 1 միլիմետրում կարող է լինել 100, 300, 1000 և այլն։ Լույսն անցնում է նրբագծերի արանքներով և չի անցնում նրբագծերով։ Եթե դիֆրակցիոն ցանցը լուսավորենք մեներանգ լույսով, ապա էկրանին կնկատենք հստակ դիֆրակտային պատկեր՝ կենտրոնական շերտ և նրա շուրջը հավասարահեռ նեղ շերտեր։ Առաջին անգամ երևույթը նկարագրել է Ջեյմս Գրիգորին, ով որպես ցանց օգտագործել է թռչնի փետուրները։

Անդրադարձնող՝ խազերը տարված են հայելային (մետաղական) մակերևույթին, և դիտումը կատարվում է անդրադարձվող լույսով։ Թափանցիկ՝ խազերը տարված են թափանցիկ մակերևույթին, և դիտումը կատարվում է փոխանցվող լույսով։

Դիֆրակցիոն պատկեր

Դիֆրակցիոն պատկերը կազմված է կտրուկ մաքսիմումներից, սրանց միջև ընկած են $N-1$ մինիմումներ և $N-2$ երկրորդային մաքսիմումներ, որոնց ինտենսիվությունը շատ փոքր է գլխավոր մաքսիմումների համեմատ։ Մաքսիմումների դիրքը որոշվում է ցանցի հիմնական հավասարումից՝

$\mathrm{\Delta }=d(sin\psi +sin\varphi )=m\lambda$,

ուր $\mathrm{\Delta }$-ն հարևան խազերի (տարրերի) եզրային ճառագայթների ճանապարհների տարբերությունն է, $\psi$-ն ճառագայթների անկման, $\varphi$-ն դիտման անկյունն է, $\lambda$-ն՝ լուսային ալիքի երկարությունը, իսկ $m$-ը ամբողջ թիվ է ($m=0,\pm 1,\pm 2,\dots$) և կոչվում է սպեկտրի կարգ։

Հատկությունները և բնութագրերը

Դիֆրակցիոն ցանցը բազմերանգ ճառագայթներով լուսավորելիս՝ յուրաքանչյուր $m\ne 0$ արժեքին օբյեկտիվի կիզակետային հարթության վրա համապատասխանում է ինքնուրույն սպեկտր։ Երբ $m=0$, ալիքի բոլոր երկարությունների համար գլխավոր մաքսիմումները համընկնում են, և սպեկտր չի դիտվում։ Ինտենսիվության արդյունարար բաշխումը անվերջությունում կամ օբյեկտիվի կիզակետային հարթության վրա որոշվում է

$I_{\varphi }=I^{\prime }(d,\lambda ,\psi ,\varphi )(\frac{sinNv}{sinv}{)}^2=I^{\prime }{I}^{″}$

առնչությամբ, որտեղ $N$-ը ցանցի խազերի թիվն է, իսկ $v=\varphi \mathrm{\Delta }/\lambda$։ $I^{\prime }$ անդամը որոշում է ցանցի առանձին տարրի ազդեցությունը, $I^{″}$-ը՝ ցանցի բոլոր $N$ տարրերից եկող ալիքների փոխազդեցությունը։

Նեղ զուգահեռ ճեղքերով հարթ ցանցի համար

$I^{\prime }=I_0(\frac{sinu}{u}{)}^2$

որտեղ

$u=\frac{\pi a}{\lambda }(sin\varphi +sin\psi )$

($a$-ն ցանցի առանձին տարրի լայնությունն է, իսկ $I_0$-ն ինտենսիվությունն է $u=0$ դեպքում)։ $m$ կարգի սպեկտրային գծերի $I_m$ ինտենսիվությունը համեմատական է $N^2/m^2$ և նվազում է $m$-ի մեծացմամբ։ Խազերի հատուկ տեսքի դիֆրակցիոն ցանցով (էշելետ) հաջողվում է ստանալ ինտենսիվության կենտրոնացում (մինչև 70%) $m\ne 0$ որևէ սպեկտրում՝ թուլացնելով մնացած (գլխավորապես $m=0$) կարգերը։

Դիֆրակցիոն ցանց կարող է հանդիսանալ օպտիկական սկավառակի մակերևույթը

Որպես սպեկտրային սարք օգտագործվող դիֆրակցիոն ցանցի հիմնական բնութագրերն են անկյունային դիսպերսիան՝

$\frac{d\varphi }{d\lambda }=\frac{m}{dcos\varphi }$

և լուծունակությունը՝

$R=\frac{\lambda }{\delta \lambda }$

($\delta \lambda$-ն հավասար ինտենսիվության դեռևս ջոկելի սպեկտրային երկու գծերի ալիքի երկարությունների տարբերությունն է)։ Ցանցի հավասարումից որոշելով $\delta \lambda$-ն, լուծունակության համար կստանանք

$R=Nm=N\frac{d}{\lambda }(sin\varphi +sin\psi )$ առնչությունը։

Այստեղից երևում է․ որ լուծունակությունը որոշվում է ցանցի ընդհանուր $Nd$ լայնությամբ։

Կիրառությունները

Գոգավոր դիֆրակցիոն ցանցն ունի կիզակետող հատկություն և կիրառելի է հիմնականում ուլտրամանուշակագույն տիրույթում։ Դիֆրակցիոն ցանցը կիրառվում է սպեկտրային մի շարք սարքերում, ինչպես նաև օպտիկական քվանտային գեներատորի ռեզոնատորում՝ գեներացման գծերի նեղացման ն տեղաշարժման համար։

Գրականություն

• Լանդսբերգ Գ․ Ս․, Օպտիկա, Ե․, 1973 (Ֆիզիկայի ընդհանուր դասընթաց, հ․ 3)։
• Сойер Р․, Экспериментальная спектроскопия, пер․ с англ․, М․, 1953;
• Борн М․, Вольф Э․, Основы оптики, пер․ с англ․, М․, 1970․