Дифракционная решетка

Призмы

Призмы широко используются в монохроматорах. Призма преобразует белый свет в непрерывный спектр за счет дисперсии преломления. Действие призмы основано на явлении дисперсии, то есть зависимости показателя преломления n вещества от длины волны света.

Излучение с короткими волнами отклоняется (или преломляется) призмой больше, чем с длинными волнами. Это приводит к нелинейной «развертке» спектра: длинные волны расположены на шкале длин плотнее, чем короткие, но с помощью щели в спектре может быть выделены узкая полоса.

У всех прозрачных твердых веществ (стекло, кварц), из которых изготовляются призмы, показатель преломления n в диапазоне видимого света убывает с увеличением длины волны, поэтому наиболее сильно призма отклоняет от первоначального направления синие и фиолетовые лучи и наименее – красные.

В спектральных приборах высокого класса вместо призм применяются дифракционные решетки. Вне зависимости от способа изготовления решетки представляют собой периодические структуры (полосы или штрихи).

При изготовлении решеток с помощью резца, она называется механической. Лучшие решетки содержат от 1000 до 2000 линий/мм и изготавливаются с особой тщательностью.

Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий и они используются как матрицы для изготовления менее дорогих точных копий, которые уже используются в спектральных приборах. На практике применяются также и более грубые решетки с 50–100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки.

При падении на решетку белого света за решеткой возникнет разложенный по цветовым пучкам свет, то есть, дифракционная решетка разлагает белый свет на спектральные составляющие, поэтому она употребляется как диспергирующий элемент монохроматора. Для работы в проходящем свете применяют плоские прозрачные стеклянные дифракционные решетки, для исследований в отраженном свете используют ступенчатые (эшеллеты) отражательные дифракционные решетки. Последние представляют собой металлические пластинки, на которых с помощью специально заточенных алмазных резцов нанесены на очень близком расстоянии порядка нескольких микрон равноотстоящие друг от друга штрихи.

Современные голографические решетки изготавливаются с помощью лазерных технологий или высокоточной механической обработки. На таких решетках достигается частота полос до 6000 на 1 мм. Голографические решетки применяются для работы в УФ- и видимой областях спектра.

Параллельные линии «рисуются» на фоточувствительном материале (фоторезист) хорошо сфокусированным лазерным лучом. После того как линии нанесли на фоторезист, он обрабатывается химическими реагентами, которые растворяют и вымывают подверженные воздействию лазера места фоторезиста, образуя таким образом линии решетки. После химической обработки на фоторезист напыляют слой материала с высокой отражательной способностью –

решетка готова для использования. Основанием для голографической решетки может служить плоская или вогнутая поверхность. Вогнутая решетка, кроме того, фокусирует свет подобно зеркальной линзе и называется самофокусирующей. Голографические решетки чрезвычайно точны, обладают слабым паразитным световым рассеянием и широко используются в биохимических спектрофотометрах.

Дифракционная решетка дает значительный выигрыш в интенсивности выделенных спектральных составляющих.