Современные дифракционные решетки

Распределение энергии световой волны по спектральным линиям показывает, что значительная ее часть сосредоточена в спектре нулевого порядка. По мере перехода к высшим порядкам энергия световой волны быстро убывает. Поскольку спектральные приборы, снабженные такими дифракционными решетками, в принципе могут работать только не в нулевом порядке, то эти приборы оказываются малосветосильными.

Важным усовершенствованием дифракционных решеток, предложенным Рэлеем и осуществленным Вудом, явилось введение дополнительной разности хода в пределах каждого штриха решетки. Это достигается специальной гравировкой решетки, в результате чего лучи, идущие в направлении нулевого максимума, начинают гасить друг друга, а доля световой энергии, идущая в направлении других максимумов спектра, возрастает. Такие решетки могут работать как на просвет, так и на отражение (рис. 6.17), и обладают значительно более высокой светосилой. Следует подчеркнуть, что в таких решетках регулярным образом изменяется не амплитуда падающей волны (что достигается в обычной решетке за счет изменения ее прозрачности), а фаза волны. Поэтому такие решетки называются фазовыми. Современные фазовые решетки, так называемые эшеллеты (практически треугольный профиль штриха), позволяют концентрировать до 70—80% падающего на решетку света в спектр какого-либо одного, ненулевого порядка. Решетки в зависимости от спектральной области (А ~ 1 мм — инфракрасная область, А ~ 100 нм — ультрафиолетовая область, А ~ 1 нм — меткий рентген) имеют число штрихов на миллиметр от 4 до 3600. Широкое применение на практике нашли пластмассовые копии с гравированных решеток — реплики.

Рис. 6.17.

Перераспределить световую энергию по дифракционным максимумам (в частности, уменьшить число этих максимумов до трех) можно и в рамках амплитудной (синусоидальной) решетки, если прозрачность экрана будет меняться по гармоническому закону:

(у обычных дифракционных решеток.

Волну за экраном с синусоидальной прозрачностью можно представить как сумму плоских волн, распространяющихся под углами а_1з а₂, сх₃, … (рис. 6.18):

где cpj = k-A_t = kx-sincx;, t. e.

Рис. 6.18.

В плоскости экрана с переменной прозрачностью (z = 0)

С другой стороны, S (x, 0, t) есть Очевидно, что имеет место равенство.

Отсюда имеем:

" 1.

Si =—;а_х =0 — волна, распространяющаяся в направлении падающей волны;

с ¹ • Ч.

4 d

> — две волны, распространяющиеся под углом.

_г 1. А

S₃=-;sma₃=- 4 d

±arcsin— к исходному лучу.

Таким образом, в отличие от обычной дифракционной решетки, на синусоидальной решетке наблюдаются дифракционные максимумы только нулевого и первого (т = ±1) порядков. Эта особенность синусоидальной решетки (наличие за экраном только трех волн) используется в голографии.