Дифракционная решетка

Оптический компонент, разделяющий свет на несколько лучей.

Очень большая отражающая дифракционная решетка.

Лампа накаливания , просматриваемая через фильтр с дифракционным эффектом.

Дифракционная решетка

В оптике дифракционная решетка — это оптическая решетка с периодической структурой, которая преломляет свет на несколько лучей, идущих в разных направлениях (т. е. под разными углами дифракции). Возникающая окраска является формой структурной окраски . ^{[1] [2]} Направления или углы дифракции этих лучей зависят от угла падения волны (света) на дифракционную решетку, расстояния или расстояния между соседними дифракционными элементами (например, параллельными щелями для пропускающей решетки) на решетке, и длину волны падающего света. Решетка действует как дисперсионный элемент. По этой причине дифракционные решетки обычно используются в монохроматорах и спектрометрах , но возможны и другие применения, например, в оптических энкодерах для высокоточного управления движением ^[3] и измерения волнового фронта. ^{[4] [5]}

Для типичных применений отражательная решетка имеет гребни или полосы на своей поверхности, а пропускающая решетка имеет пропускающие или полые прорези на своей поверхности. ^[6] Такая решетка модулирует амплитуду падающей волны, создавая дифракционную картину. Некоторые решетки модулируют фазы падающих волн, а не амплитуду, и такие типы решеток часто можно создавать с помощью голографии . ^[7]

Джеймс Грегори (1638–1675) наблюдал дифракционные картины, вызванные птичьим пером, которое фактически было первой открытой дифракционной решеткой (в естественной форме), примерно через год после экспериментов Исаака Ньютона с призмой. ^[8] Первая искусственная дифракционная решетка была изготовлена ​​примерно в 1785 году изобретателем из Филадельфии Дэвидом Риттенхаусом , который нанизывал волосы между двумя винтами с тонкой резьбой. ^{[9] [10]} Это было похоже на проволочную дифракционную решетку известного немецкого физика Йозефа фон Фраунгофера, созданную в 1821 году . ^{[11] [12]} Принципы дифракции были открыты Томасом Янгом ^[13] и Огюстеном-Жаном Френелем . ^{[14] [15]} Используя эти принципы, Фраунгофер был первым, кто использовал дифракционную решетку для получения линейчатых спектров, и первым, кто измерил длины волн спектральных линий с помощью дифракционной решетки.

Решетки с наименьшим межстрочным расстоянием (d) были созданы в 1860-х годах Фридрихом Адольфом Нобертом (1806–1881) в Грайфсвальде; ^[16] затем лидерство взяли на себя два американца Льюис Моррис Резерферд (1816–1892) и Уильям Б. Роджерс (1804–1882); ^{[17] [18]} и к концу 19 века вогнутые решетки Генри Огастеса Роуленда (1848–1901) были лучшими из доступных. ^{[19] [20]}

Дифракционная решетка может создавать «радужные» цвета, когда ее освещает источник света широкого спектра (например, непрерывный). Радужные цвета на близко расположенных узких дорожках на оптических дисках для хранения данных, таких как компакт-диски или DVD-диски , являются примером дифракции света, вызванной дифракционными решетками. Обычная дифракционная решетка имеет параллельные линии (это верно для одномерных решеток, но возможны также двух- и трехмерные решетки, и они имеют свои применения, например, для измерения волнового фронта), тогда как компакт-диск имеет спираль мелко расположенных дорожек данных. Дифракционные цвета также появляются, если смотреть на яркий точечный источник через полупрозрачное тонкое тканевое покрытие зонтика. Декоративные узорчатые полиэтиленовые пленки на основе светоотражающих решеток недороги и широко распространены. Подобное разделение цветов, наблюдаемое в тонких слоях масла (или бензина и т. д.) на воде, известное как радужность , вызвано не дифракцией на решетке, а, скорее, интерференцией тонких пленок от близко расположенных друг к другу пропускающих слоев.

Теория Операции

Дифракционная решетка, отражающая только зеленую часть спектра флуоресцентного освещения комнаты.

Для дифракционной решетки соотношение между шагом решетки (т. е. расстоянием между соседними канавками или щелями решетки), углом падения волны (света) на решетку и дифрагированной волной на решетке известно как уравнение решетки . Как и многие другие оптические формулы, уравнение решетки можно вывести с использованием принципа Гюйгенса-Френеля ^[21], утверждающего , что каждую точку волнового фронта распространяющейся волны можно рассматривать как точечный источник волны, а волновой фронт в любой точке последующую точку можно найти путем сложения вкладов каждого из этих отдельных точечных источников волн на предыдущем волновом фронте.

Решетки могут быть «отражающего» или «пропускающего» типа, аналогично зеркалу или линзе соответственно. Решетка имеет «режим нулевого порядка» (где целочисленный порядок дифракции m равен нулю), в котором луч света ведет себя в соответствии с законами отражения (как зеркало) и преломления (как линза), соответственно.

Диаграмма, показывающая разность хода лучей света, рассеянных от соседних линеек в одном и том же локальном положении на каждой линейке отражающей дифракционной решетки (на самом деле это блестящая решетка). Выбор + или - в формуле разности хода зависит от соглашения о знаках : плюс, если описывает случай обратного рассеяния, минус, если он описывает зеркальное отражение. Обратите внимание, что пара частей пути черного луча и пара частей пути светло-зеленого луча не имеют разности хода в каждой паре, в то время как в паре частей пути красного луча существует разница хода, которая имеет значение при выводе уравнения дифракционной решетки. ${\displaystyle \Theta _{\mathrm {m} }}$ ${\displaystyle \Theta _{\mathrm {m} }=\Theta _{\mathrm {i} }}$

Идеализированная дифракционная решетка состоит из набора щелей , расстояние между которыми должно быть шире, чем интересующая длина волны, чтобы вызвать дифракцию. Если предположить, что плоская волна монохроматического света с длиной волны нормально падает на решетку (т. е. волновые фронты падающей волны параллельны основной плоскости решетки), каждая щель в решетке действует как квазиточечный источник волн, от которого свет распространяется во всех направлениях (хотя обычно это ограничивается передним полушарием от точечного источника). Конечно, каждая точка на каждой щели, до которой достигает падающая волна, играет роль точечного источника волны для дифракционной волны, и все эти вклады в дифракционную волну определяют детальное распределение свойств света дифракционной волны, но углы дифракции (на решетке) при интенсивность дифракционной волны которой наибольшая, определяются только этими квазиточечными источниками, соответствующими щелям в решетке. После взаимодействия падающего света (волны) с решеткой результирующий дифрагированный свет от решетки состоит из суммы интерферирующих [ ^22] волновых компонентов, исходящих из каждой щели решетки; В любой данной точке пространства, через которую может пройти дифрагированный свет, обычно называемой точкой наблюдения, длина пути от каждой щели решетки до данной точки варьируется, поэтому фаза волны, исходящей из каждой из щелей в этой точке, также меняется. варьируется. В результате сумма дифрагированных волн от щелей решетки в данной точке наблюдения создает пик, впадину или некоторую степень между ними в интенсивности света за счет аддитивной и деструктивной интерференции . ^[23] Когда разность путей света от соседних щелей до точки наблюдения равна нечетному целому числу, кратному половине длины волны l с нечетным целым числом , волны не совпадают по фазе в этой точке, и, таким образом, нейтрализуют друг друга, чтобы создать (локально) минимальную интенсивность света. Аналогично, когда разность хода кратна , волны находятся в фазе и возникает (локально) максимальная интенсивность. Для света, падающего нормально на решетку, максимумы интенсивности возникают при углах дифракции , которые удовлетворяют соотношению , где - угол между дифрагированным лучом и вектором нормали решетки , - расстояние от центра одной щели до центра соседней щели и представляет собой целое число , представляющее интересующую моду распространения, называемую порядком дифракции. ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle l(\lambda /2)}$ ${\displaystyle l}$ ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle \theta _{m}}$ ${\displaystyle d\sin \theta _{m}=m\lambda }$ ${\displaystyle \theta _{m}}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle m}$

Сравнение спектров, полученных от дифракционной решетки по дифракции (1), и призмы по преломлению (2). Более длинные волны (красные) преломляются сильнее, но преломляются меньше, чем более короткие волны (фиолетовые).

Интенсивность как тепловая карта для монохроматического света за решеткой

Когда плоская световая волна обычно падает на решетку, дифрагированный свет имеет максимумы при углах дифракции, определяемых уравнением дифракции как ${\displaystyle \theta _{m}}$

$${\displaystyle d\sin \theta _{m}=m\lambda .}$$

Можно показать, что если плоская волна падает под любым произвольным углом к ​​нормали решетки, уравнение решетки принимает вид ${\displaystyle \theta _{i}}$

$${\displaystyle d(\sin \theta _{i}-\sin \theta _{m})=m\lambda }$$

${\displaystyle d(\sin \theta _{m}-\sin \theta _{i})=m\lambda .}$ ${\displaystyle m=1}$ ${\displaystyle m=-1}$

$${\displaystyle \theta _{m}=\arcsin \!\left(\sin \theta _{i}-{\frac {m\lambda }{d}}\right).}$$

Дифрагированный свет, соответствующий прямому прохождению для пропускающей дифракционной решетки или зеркальному отражению ^[24] для отражающей решетки, называется нулевым порядком и обозначается . Другие максимумы интенсивности дифрагированного света возникают под углами, представленными ненулевыми целыми порядками дифракции . Обратите внимание, что оно может быть положительным или отрицательным, что соответствует дифрагированным порядкам по обе стороны от дифрагированного луча нулевого порядка. ${\displaystyle m=0}$ ${\displaystyle \theta _{m}}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle m}$

Даже если уравнение решетки получено на основе конкретной решетки, такой как решетка на правой диаграмме (эта решетка называется блестящей решеткой), уравнение можно применить к любой регулярной структуре с тем же интервалом, поскольку фазовое соотношение между рассеянным светом от соседних дифрагирующих элементов решетки остается прежним. Детальное распределение свойств дифрагированного света (например, интенсивности) зависит от детальной структуры элементов решетки, а также от количества элементов в решетке, но оно всегда дает максимумы в направлениях, заданных уравнением решетки.

В зависимости от того, как решетка модулирует падающий на нее свет, вызывая дифрагированный свет, существуют следующие типы решеток. ^[25]

• Амплитудная дифракционная решетка пропускания, которая пространственно и периодически модулирует интенсивность падающей волны, проходящей через решетку (а дифрагированная волна является следствием этой модуляции).
• Амплитудные дифракционные решетки отражения, которые пространственно и периодически модулируют интенсивность падающей волны, отражающейся от решетки.
• Фазовая дифракционная решетка пропускания, которая пространственно и периодически модулирует фазу падающей волны, проходящей через решетку.
• Фазовая дифракционная решетка отражения, которая пространственно и периодически модулирует фазу падающей волны, отраженной от решетки.

Дифракционная решетка оптической оси , в которой оптическая ось пространственно и периодически модулируется, также считается дифракционной решеткой фазы отражения или пропускания.

Уравнение решетки применимо ко всем этим решеткам из-за одинакового фазового соотношения между дифрагированными волнами от соседних дифрагирующих элементов решеток, даже если детальное распределение свойств дифрагированной волны зависит от детальной структуры каждой решетки.

Квантовая электродинамика

Спиральная люминесцентная лампа, сфотографированная на отражательной дифракционной решетке, показывает различные спектральные линии, создаваемые лампой.

Квантовая электродинамика (КЭД) предлагает другой вывод свойств дифракционной решетки с точки зрения фотонов как частиц (на некотором уровне). КЭД можно интуитивно описать с помощью формулировки квантовой механики, основанной на интеграле по траекториям . Таким образом, он может моделировать фотоны как потенциально следующие по всем путям от источника до конечной точки, причем каждый путь имеет определенную амплитуду вероятности . Эти амплитуды вероятности можно представить в виде комплексного числа или эквивалентного вектора — или, как Ричард Фейнман просто называет их в своей книге по КЭД, «стрелками».

Для определения вероятности того, что определенное событие произойдет, нужно суммировать амплитуды вероятности для всех возможных способов, которыми событие может произойти, а затем возводить в квадрат длину результата. Амплитуда вероятности прибытия фотона из монохроматического источника в определенную конечную точку в заданный момент времени в этом случае может быть смоделирована как стрелка, которая быстро вращается до тех пор, пока не будет оценено, когда фотон достигнет своей конечной точки. Например, для вероятности того, что фотон отразится от зеркала и будет наблюдаться в данной точке через заданное время, задается амплитуда вероятности фотона, вращающаяся, когда он покидает источник, следует за ним к зеркалу, а затем до конечной точки, даже для путей, которые не связаны с отражением от зеркала под равными углами. Затем можно оценить амплитуду вероятности в конечной точке фотона; затем можно проинтегрировать все эти стрелки (см. векторную сумму ) и возвести в квадрат длину результата, чтобы получить вероятность того, что этот фотон отразится от зеркала соответствующим образом. Время, которое проходят эти пути, определяет угол стрелки амплитуды вероятности, поскольку можно сказать, что они «вращаются» с постоянной скоростью (которая связана с частотой фотона).

Время прохождения вблизи места классического отражения зеркала почти одинаково, поэтому амплитуды вероятности направлены почти в одном направлении - таким образом, они имеют значительную сумму. Изучение путей к краям зеркала показывает, что времена соседних путей сильно отличаются друг от друга, и поэтому нам приходится суммировать векторы, которые быстро сокращаются. Таким образом, существует более высокая вероятность того, что свет будет следовать по почти классическому пути отражения, чем по более дальнему пути. Однако из этого зеркала можно сделать дифракционную решетку, соскребая области возле края зеркала, которые обычно нейтрализуют близлежащие амплитуды - но теперь, поскольку фотоны не отражаются от соскобленных частей, амплитуды вероятности все это будет указывать, например, на сорок пять градусов, и это может иметь значительную сумму. Таким образом, это позволяет суммировать свет правильной частоты с большей амплитудой вероятности и, как таковой, иметь большую вероятность достижения соответствующей конечной точки.

Это конкретное описание включает в себя множество упрощений: точечный источник, «поверхность», от которой может отражаться свет (таким образом, пренебрегая взаимодействием с электронами) и так далее. Самое большое упрощение, возможно, заключается в том, что «вращение» стрелок амплитуды вероятности на самом деле более точно объясняется «вращением» источника, поскольку амплитуды вероятности фотонов не «вращаются» во время своего пути. Мы получаем такое же изменение амплитуд вероятности, если считать время, в которое фотон покинул источник, неопределенным — и время пути теперь говорит нам, когда фотон покинул бы источник и, следовательно, каков угол его «стрелки» было бы. Однако эта модель и приближение вполне подходят для концептуальной иллюстрации дифракционной решетки. Свет другой частоты также может отражаться от той же дифракционной решетки, но с другой конечной точкой. ^[26]

Решетки как дисперсионные элементы

Зависимость от длины волны в уравнении решетки показывает, что решетка разделяет падающий полихроматический пучок на составляющие его компоненты длины волны под разными углами, т. е. является угловой дисперсией . Каждая длина волны спектра входного луча направляется в разном направлении, создавая радугу цветов при освещении белым светом. Визуально это похоже на работу призмы , хотя механизм совсем другой. Призма преломляет волны разной длины под разными углами из-за их разных показателей преломления, а решетка преломляет волны разной длины под разными углами из-за интерференции на каждой длине волны.

Лампочка фонарика сквозь пропускающую решетку показывает два дифрагированных порядка . Порядок m = 0 соответствует прямому прохождению света через решетку. В первом положительном порядке ( m = +1) цвета с увеличивающейся длиной волны (от синего к красному) дифрагируют под возрастающими углами.

Дифрагированные лучи, соответствующие последовательным порядкам, могут перекрываться в зависимости от спектрального состава падающего луча и плотности решетки. Чем выше спектральный порядок, тем больше перекрытие следующего порядка.

Луч аргонового лазера, состоящий из нескольких цветов (длин волн), попадает на решетку кремниевого дифракционного зеркала и разделяется на несколько лучей, по одному для каждой длины волны. Длины волн (слева направо): 458 нм, 476 нм, 488 нм, 497 нм, 502 нм и 515 нм.

Уравнение решетки показывает, что углы дифрагированных порядков зависят только от периода канавок, а не от их формы. Контролируя профиль поперечного сечения канавок, можно сконцентрировать большую часть дифрагированной оптической энергии в определенном порядке для заданной длины волны. Обычно используется треугольный профиль. Эта техника называется блейзинг . Угол падения и длина волны, при которых дифракция наиболее эффективна (отношение дифрагированной оптической энергии к падающей энергии является наибольшим), часто называют углом блеска и длиной волны света. Эффективность решетки также может зависеть от поляризации падающего света. Решетки обычно обозначаются плотностью их канавок , числом канавок на единицу длины, обычно выражаемым в канавках на миллиметр (г/мм), что также равно обратной величине периода канавок. Период канавки должен быть порядка интересующей длины волны ; Спектральный диапазон, охватываемый решеткой, зависит от расстояния между канавками и одинаков для линейчатых и голографических решеток с одинаковой постоянной решетки (имеется в виду плотность канавок или период канавок). Максимальная длина волны, которую может дифрагировать решетка, равна удвоенному периоду решетки, и в этом случае падающий и дифрагированный свет находятся под углом девяноста градусов (90 °) к нормали решетки. Чтобы получить частотную дисперсию на более широкой частоте, необходимо использовать призму . Оптический режим, в котором чаще всего используются решетки, соответствует длинам волн от 100 нм до 10 мкм . При этом плотность канавок может варьироваться от нескольких десятков канавок на миллиметр, как в решетках эшелле , до нескольких тысяч канавок на миллиметр.

Когда расстояние между канавками меньше половины длины волны света, единственным существующим порядком является порядок m = 0. Решетки с такой малой периодичностью (по отношению к длине волны падающего света) называются субволновыми решетками и обладают особыми оптическими свойствами. Изготовленные из изотропного материала, субволновые решетки создают двойное лучепреломление , при котором материал ведет себя так, как если бы он был двулучепреломляющим .

Изготовление

Дифракционная решетка, вытравленная на пластинах.

Решетки SR (Surface Relief)

Решетки SR получили такое название из-за структуры их поверхности, состоящей из впадин (низкий рельеф) и возвышений (высокий рельеф). Первоначально решетки высокого разрешения управлялись высококачественными правящими двигателями , строительство которых было большой задачей. Генри Джозеф Грейсон сконструировал машину для изготовления дифракционных решеток, и в 1899 году ему удалось создать одну из 120 000 линий на дюйм (около 4724 линий на мм). Позже с помощью фотолитографических методов были созданы решетки с помощью голографических интерференционных картин. Голографическая решетка имеет синусоидальные канавки в результате оптической синусоидальной интерференционной картины на материале решетки во время ее изготовления и может быть не такой эффективной, как линейчатые решетки, но ее часто предпочитают в монохроматорах , поскольку они производят меньше рассеянного света . Метод копирования позволяет создавать высококачественные копии мастер-решеток любого типа, тем самым снижая затраты на изготовление.

Сегодня полупроводниковые технологии также используются для травления решеток с голографическим рисунком в прочных материалах, таких как плавленый кварц. Таким образом, голография с низким уровнем рассеянного света сочетается с высокой эффективностью глубоких травленых передающих решеток и может быть включена в крупносерийную и недорогую технологию производства полупроводников.

Решетки VPH (объемно-фазовая голография)

Другой метод изготовления дифракционных решеток использует светочувствительный гель, помещенный между двумя подложками. Голографическая интерференционная картина обнажает гель, который позже вырабатывается. Эти решетки, называемые дифракционными решетками объемной фазовой голографии (или дифракционными решетками VPH), не имеют физических канавок, а вместо этого имеют периодическую модуляцию показателя преломления внутри геля. Это устраняет большую часть эффектов поверхностного рассеяния , обычно наблюдаемых в других типах решеток. Эти решетки также имеют более высокую эффективность и позволяют объединять сложные узоры в одну решетку. Дифракционная решетка VPH обычно представляет собой пропускающую решетку, через которую проходит падающий свет и дифрагируется, но отражательная решетка VPH также может быть изготовлена ​​путем наклона направления модуляции показателя преломления относительно поверхности решетки. ^[27] В старых версиях таких решеток чувствительность к окружающей среде была компромиссом, поскольку гель должен был храниться при низкой температуре и влажности. Обычно светочувствительные вещества запечатываются между двумя подложками, что делает их устойчивыми к влажности, термическим и механическим воздействиям. Дифракционные решетки VPH не разрушаются при случайных прикосновениях и более устойчивы к царапинам, чем обычные рельефные решетки.

Другие решетки

Новой технологией внедрения решеток в интегральные фотонные световолновые схемы является цифровая планарная голография (DPH). Решетки DPH генерируются на компьютере и изготавливаются на одном или нескольких интерфейсах планарного оптического волновода с использованием стандартных методов микролитографии или наноимпринтинга, совместимых с массовым производством. Свет распространяется внутри решеток DPH, ограниченный градиентом показателя преломления, что обеспечивает более длинный путь взаимодействия и большую гибкость в управлении светом.

Примеры

Канавки компакт-диска могут действовать как решетка и создавать радужные отражения.

Дифракционные решетки часто используются в монохроматорах , спектрометрах , лазерах , устройствах мультиплексирования с разделением по длине волны , устройствах сжатия оптических импульсов и многих других оптических приборах.

Обычные прессованные носители CD и DVD являются повседневными примерами дифракционных решеток, и их можно использовать для демонстрации эффекта путем отражения от них солнечного света на белую стену. Это побочный эффект их производства, поскольку одна поверхность компакт-диска имеет в пластике множество мелких ямок, расположенных по спирали; на эту поверхность нанесен тонкий слой металла, чтобы сделать ямки более заметными. Структура DVD оптически аналогична, хотя он может иметь более одной поверхности с ямками, и все поверхности с ямками находятся внутри диска. ^{[28] [29]}

Благодаря чувствительности к показателю преломления среды дифракционная решетка может использоваться в качестве датчика свойств жидкости. ^[30]

На стандартной прессованной виниловой пластинке, если смотреть под низким углом, перпендикулярным канавкам, виден эффект, аналогичный, но менее выраженный, чем на CD/DVD. Это связано с углом обзора (меньше критического угла отражения черного винила) и путем отражения света из-за этого, который изменяется канавками, оставляя после себя радужный рельефный рисунок.

Дифракционные решетки также используются для равномерного распределения света в электронных книгах , таких как Nook Simple Touch с GlowLight . ^[31]

Решетки из электронных компонентов

Дифракция прожектора над мобильным телефоном

Некоторые повседневные электронные компоненты содержат мелкие и регулярные узоры и в результате легко служат дифракционными решетками. Например, из устройства можно извлечь ПЗС-сенсоры от выброшенных мобильных телефонов и фотоаппаратов. С помощью лазерной указки дифракция может выявить пространственную структуру ПЗС-сенсоров. ^[32] Это также можно сделать для ЖК- или светодиодных дисплеев смартфонов. Поскольку такие дисплеи обычно защищены только прозрачным корпусом, эксперименты можно проводить, не повреждая телефоны. Если точные измерения не предназначены, прожектор может выявить дифракционные картины.

Натуральные решетки

Биопленка на поверхности аквариума создает эффект дифракционной решетки, когда все бактерии имеют одинаковый размер и расположены на расстоянии друг от друга . Такие явления являются примером колец Кетле .

Поперечно-полосатая мышца является наиболее часто встречающейся естественной дифракционной решеткой ^[33] , и это помогло физиологам определить структуру такой мышцы. Помимо этого, химическую структуру кристаллов можно рассматривать как дифракционные решетки для других типов электромагнитного излучения, кроме видимого света. Это основа таких методов, как рентгеновская кристаллография .

Чаще всего с дифракционными решетками путают переливающиеся цвета перьев павлина , перламутра и крыльев бабочки . Радужность у птиц, ^[34] рыб ^[35] и насекомых ^{[34] [36]} часто вызвана интерференцией тонких пленок , а не дифракционной решеткой. Дифракция создает весь спектр цветов при изменении угла обзора, тогда как интерференция тонких пленок обычно дает гораздо более узкий диапазон. Поверхности цветов также могут создавать дифракцию, но клеточные структуры растений обычно слишком нерегулярны, чтобы обеспечить тонкую геометрию щелей, необходимую для дифракционной решетки. ^[37] Таким образом, сигнал радужности цветов заметен только очень локально и, следовательно, не виден человеку и насекомым, посещающим цветы. ^{[38] [39]} Тем не менее, естественные решетки действительно встречаются у некоторых беспозвоночных животных, таких как пауки-павлины , ^[40] усики семенных креветок , и даже были обнаружены в окаменелостях Берджесс-Шейл . ^{[41] [42]}

Эффекты дифракционной решетки иногда наблюдаются в метеорологии . Дифракционные короны представляют собой разноцветные кольца, окружающие источник света, например солнце. Обычно они наблюдаются гораздо ближе к источнику света, чем ореолы , и вызваны очень мелкими частицами, такими как капли воды, кристаллы льда или частицы дыма в туманном небе. Когда все частицы почти одинакового размера, они преломляют падающий свет под очень определенными углами. Точный угол зависит от размера частиц. Дифракционные короны обычно наблюдаются вокруг источников света, таких как пламя свечей или уличных фонарей, в тумане. Переливчатость облаков вызвана дифракцией, возникающей вдоль корональных колец, когда все частицы в облаках однородны по размеру. ^[43]

Смотрите также

• Чувствительный к углу пиксель
• Пылающая решетка
• Дифракционная эффективность
• Дифракция от щелей
• Дифракционный шип
• Дифракционный солнечный парус
• Решетка Эшель
• Дифракция Фраунгофера
• Дифракция Фраунгофера (математика)
• Дифракция Френеля
• гризма
• Генри Огастес Роуленд
• Эффект Капицы-Дирака
• Формула дифракции Кирхгофа
• N -щелевое интерферометрическое уравнение
• Ультразвуковая решетка
• Фазированная решетка с виртуальным изображением
• Зонная пластина

Примечания

1. Шринивасарао, М. (1999). «Нанооптика в биологическом мире: жуки, бабочки, птицы и мотыльки». Химические обзоры . 99 (7): 1935–1962. дои : 10.1021/cr970080y. ПМИД  11849015.
2. Киношита, С.; Ёсиока, С.; Миядзаки, Дж. (2008). «Физика структурных цветов». Отчеты о прогрессе в физике . 71 (7): 076401. Бибкод : 2008РПФ...71г6401К. дои : 10.1088/0034-4885/71/7/076401. S2CID  53068819.
3. «Оптические энкодеры». Движение Целеры . Архивировано из оригинала 12 августа 2020 года . Проверено 1 ноября 2021 г.
4. Пол М., Бланшар; Дэвид Дж. Фишер; Саймон С., Вудс; Алан Х, Гринуэй (2000). «Измерение волнового фронта с фазовым разнесением с помощью искаженной дифракционной решетки». Прикладная оптика . 39 (35): 6649–6655. Бибкод : 2000ApOpt..39.6649B. дои : 10.1364/AO.39.006649. ПМИД  18354679.
5. Хироши, Оба; Шиничи, Комацу (1998). «Датчик волнового фронта с использованием двумерной дифракционной решетки». Японский журнал прикладной физики . 37 (6Б): 3749–3753. Бибкод : 1998JaJAP..37.3749O. дои : 10.1143/JJAP.37.3749. S2CID  121954416.
6. «Введение в дифракционную решетку» (PDF) . Лаборатория Тора. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 30 апреля 2020 г.
7. А. К. Йетисен; Н Батт; Ф да Крус Васконселлос; И Монтелонго; КЭБ Дэвидсон; Дж. Блит; Дж. Б. Кармоди; С Виньолини; У Штайнер; Джей Джей Баумберг; Т.Д. Уилкинсон; Ч.Р. Лоу (2013). «Светонаправленная запись химически перестраиваемых узкополосных голографических датчиков». Передовые оптические материалы . 2 (3): 250–254. дои : 10.1002/adom.201300375. S2CID  96257175.
8. Письмо Джеймса Грегори Джону Коллинзу от 13 мая 1673 года. Перепечатано в: Риго, Стивен Джордан, изд. (1841). Переписка ученых XVII века… . Том. 2. Издательство Оксфордского университета. стр. 251–5.особенно п. 254
9. Хопкинсон, Ф.; Риттенхаус, Дэвид (1786). «Оптическая проблема, предложенная г-ном Хопкинсоном и решенная г-ном Риттенхаусом». Труды Американского философского общества . 2 : 201–6. дои : 10.2307/1005186. JSTOR  1005186.
10. Томас Д. Коуп (1932) «Дифракционная решетка Риттенхауса». Перепечатано в: Риттенхаус, Дэвид (1980). Хиндл, Брук (ред.). Научные сочинения Дэвида Риттенхауса. Арно Пресс. стр. 377–382. Бибкод : 1980swdr.book.....R. ISBN 9780405125683.(Репродукция письма Риттенхауса о его дифракционной решетке приведена на стр. 369–374.)
11. Фраунгофер, Йозеф фон (1821). «Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben» [Новая модификация света за счет взаимного влияния и дифракции [световых] лучей и ее законов]. Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Мемуары Королевской академии наук в Мюнхене) . 8 :3–76.
12. Фраунгофер, Йозеф фон (1823). «Kurzer Bericht von den Resultaten neuerer Versuche über die Gesetze des Lichtes, und die Theorie derselben» [Краткий отчет о результатах новых экспериментов по законам света и их теории]. Аннален дер Физик . 74 (8): 337–378. Бибкод : 1823AnP....74..337F. дои : 10.1002/andp.18230740802.
13. Томас Янг (1 января 1804 г.). «Бекерианская лекция: Эксперименты и расчеты по физической оптике». Философские труды Лондонского королевского общества . 94 : 1–16. Бибкод : 1804RSPT...94....1Y. дои : 10.1098/rstl.1804.0001 . S2CID  110408369.. (Примечание: эта лекция была прочитана перед Королевским обществом 24 ноября 1803 года.)
14. Френель, Огюстен-Жан (1816), «Mémoire sur la diffraction de la lumière» («Мемуары о дифракции света»), Annales de Chimie et de Physique , vol. 1, стр. 239–81 (март 1816 г.); перепечатано как «Deuxième Mémoire…» («Вторые мемуары…») в Oeuvres complètes d'Augustin Fresnel , vol. 1 (Париж: Imprimerie Impériale, 1866), стр. 89–122. (Редакция «Первого мемуара», представленного 15 октября 1815 г.)
15. Френель, Огюстен-Жан (1818 г.), «Mémoire sur la diffraction de la lumière» («Мемуары о дифракции света»), депонированы 29 июля 1818 г., «коронованы» 15 марта 1819 г., опубликованы в Mémoires de l'Académie Royale. des Sciences de l'Institut de France , vol.  V (за 1821 и 1822 гг., напечатано в 1826 г.), стр. 339–475; перепечатано в Oeuvres complètes d'Augustin Fresnel , vol. 1 (Париж: Imprimerie Impériale, 1866), стр. 247–364; частично переведено как «Мемуары премии Френеля о дифракции света», в книге Х. Крю (редактор), « Волновая теория света: мемуары Гюйгенса, Янга и Френеля» , American Book Company, 1900, стр. 81–144. (Впервые опубликовано только в виде отрывков в Annales de Chimie et de Physique , том 11 (1819), стр. 246–96, 337–78.)
16. Тернер, G.L'E. (1967). «Вклад Фридриха Адольфа Ноберта в науку». Вестник Института физики и Физического общества . 18 (10): 338–348. дои : 10.1088/0031-9112/18/10/006.
17. Уорнер, Дебора Дж. (1971). «Льюис М. Резерферд: пионер астрономического фотографа и спектроскописта». Технологии и культура . 12 (2): 190–216. дои : 10.2307/3102525. JSTOR  3102525. S2CID  112109352.
18. Уорнер, Дебора Дж. (1988). Эра Майкельсона в американской науке 1870-1930 гг . Нью-Йорк: Американский институт физики. стр. 2–12.
19. Хентшель, Клаус (1993). «Открытие красного смещения солнечных линий Фраунгофера Роулендом и Джуэллом в Балтиморе около 1890 года» (PDF) . Исторические исследования в области физических и биологических наук . 23 (2): 219–277. дои : 10.2307/27757699. JSTOR  27757699. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
20. Суитнэм, Джордж (2000). Команда Света: Школа физики и спектра Роуленда . Филадельфия: Американское философское общество. ISBN 978-08716-923-82.
21. «Расширенный принцип Гюйгенса-Френеля», Полевое руководство по оптике атмосферы , 1000 20th Street, Беллингем, Вашингтон, 98227-0010 США: SPIE, стр. 24–24 , получено 17 сентября 2023 г.{{citation}}: CS1 maint: location (link)
22. «Интерференция волн». ДоступНаука . Проверено 17 сентября 2023 г.
23. «деструктивное вмешательство», SpringerReference , Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag , получено 17 сентября 2023 г.
24. «Зеркальное отражение», SpringerReference , Берлин/Гейдельберг: Springer-Verlag , получено 17 сентября 2023 г.
25. Хехт, Юджин (2017). «10.2.8. Дифракционная решетка». Оптика . Пирсон. п. 497. ИСБН 978-1-292-09693-3.
26. Фейнман, Ричард (1985). КЭД: Странная теория света и материи. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0691083889.
27. "Объемно-фазовые голографические решетки" . Национальная оптическая астрономическая обсерватория . Июнь 1998 г. Архивировано из оригинала 12 ноября 1999 г.
28. Диагностика окружающей среды , Ян Цай - CRC Press 2014, стр. 267
29. Балачандран, Рама; Портер-Дэвис, Карен. «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ CD И DVD В КАЧЕСТВЕ ДИФРАКЦИОННЫХ РЕШЕТОК» (PDF) . Национальная сеть инфраструктуры нанотехнологий . Проверено 3 ноября 2023 г.
30. Сюй, Жида; Хан, Кевин; Хан, Ибрагим; Ван, Синьхао; Лю, Логан (2014). «Измерение показателя преломления жидкости независимо от непрозрачности с использованием оптофлюидного дифракционного датчика». Оптические письма . 39 (20): 6082–6085. arXiv : 1410.0903 . Бибкод : 2014OptL...39.6082X. дои : 10.1364/OL.39.006082. PMID  25361161. S2CID  5087241.
31. «Шаг 17». Nook Simple Touch с демонтажем GlowLight . я чиню это. 2012.
32. Баррейро, Хесус Дж.; Понс, Ампаро; Баррейро, Хуан К.; Кастро-Паласио, Хуан К.; Монсориу, Хуан А. (март 2014 г.). «Дифракция на электронных компонентах повседневного использования» (PDF) . Американский журнал физики . 82 (3): 257–261. Бибкод : 2014AmJPh..82..257B. дои : 10.1119/1.4830043. hdl : 10251/54288 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
33. Баскин, Р.Дж.; Роос, КП; Да, Ю. (октябрь 1979 г.). «Светодифракционное исследование одиночных волокон скелетных мышц». Биофиз. Дж . 28 (1): 45–64. Бибкод : 1979BpJ....28...45B. дои : 10.1016/S0006-3495(79)85158-9. ПМЦ 1328609 . ПМИД  318066. 
34. Ставенга, генеральный директор (2014). «Тонкая пленка и многослойная оптика вызывают структурные цвета многих насекомых и птиц». Материалы сегодня: Труды . 1 : 109–121. дои : 10.1016/j.matpr.2014.09.007 .
35. Робертс, Северо-Запад; Маршалл, Нью-Джерси; Кронин, Т.В. (2012). «Высокий уровень отражательной способности и структурный цвет в стиле пуантилист у рыб, головоногих моллюсков и жуков». Труды Национальной академии наук . 109 (50): Е3387. Бибкод : 2012PNAS..109E3387R. дои : 10.1073/pnas.1216282109 . ПМЦ 3528518 . ПМИД  23132935. 
36. Ставенга, Д.Г.; Леертауэр, Х.Л.; Уилтс, Б.Д. (2014). «Принципы окраски нимфалиновых бабочек - тонкие пленки, меланин, оммохромы и укладка чешуи крыльев». Журнал экспериментальной биологии . 217 (12): 2171–2180. дои : 10.1242/jeb.098673 . ПМИД  24675561.
37. Ван Дер Коой, CJ; Уилтс, Б.Д.; Леертауэр, Х.Л.; Стаал, М.; Эльзенга, JTM; Ставенга, генеральный директор (2014). «Радужные цветы? Вклад поверхностных структур в оптическую передачу сигналов» (PDF) . Новый фитолог . 203 (2): 667–73. дои : 10.1111/nph.12808 . ПМИД  24713039.
38. Ли, Дэвид В. (2007). Палитра природы: наука о цвете растений. Издательство Чикагского университета. стр. 255–6. ISBN 978-0-226-47105-1.
39. Ван Дер Коой, CJ; Дайер, АГ; Ставенга, генеральный директор (2015). «Является ли переливчатость цветов биологически значимым сигналом передачи сигналов растение-опылитель?» (PDF) . Новый фитолог . 205 (1): 18–20. дои : 10.1111/nph.13066 . ПМИД  25243861.
40. Сюн, Бор-Кай; Сиддик, Радванул Хасан; Ставенга, Дукеле Г.; Отто, Юрген К.; Аллен, Майкл С.; Лю, Ин; Лу, Юн-Фэн; Дехейн, Дмитрий Д.; Шоки, Мэтью Д. (22 декабря 2017 г.). «Радужные пауки-павлины вдохновляют на создание миниатюрной сверхпереливающейся оптики». Природные коммуникации . 8 (1): 2278. Бибкод : 2017NatCo...8.2278H. дои : 10.1038/s41467-017-02451-x. ISSN  2041-1723. ПМЦ 5741626 . ПМИД  29273708. 
41. Ли 2007, с. 41
42. «Окраска в ископаемом прошлом». Новости . Музей естественной истории. 15 марта 2006 г. Архивировано из оригинала 12 августа 2010 г. Проверено 14 сентября 2010 г.
43. Кеннен, врач общей практики (1985). Поляризованный свет в природе . Издательство Кембриджского университета. стр. 72–73. ISBN 978-0-521-25862-3.

Рекомендации

•  Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 года.
• Хатли, Майкл (1982). Дифракционные решетки . Методы физики. Том. 6. Академическая пресса. ISBN 978-0-12-362980-7. ISSN  0308-5392.
• Лоуэн, Эрвин; Попов, Евгений (1997). Дифракционные решетки и их применение. КПР. ISBN 978-0-8247-9923-6.
• Палмер, Кристофер (2020). «Справочник по дифракционным решеткам» (8-е изд.). МКС Ньюпорт.
• Гринслейд, Томас Б. (2004). «Проволочные дифракционные решетки». Учитель физики . 42 (2): 76–77. Бибкод : 2004PhTea..42...76G. дои : 10.1119/1.1646480. Архивировано из оригинала 29 июля 2020 года . Проверено 12 июля 2019 г.
• Абрахамс, Питер. «Ранние инструменты астрономической спектроскопии».
• Гроссман, Уильям Э.Л. (сентябрь 1993 г.). «Оптические характеристики и производство дифракционных решеток: количественное объяснение их экспериментальных качеств с описанием их изготовления и относительных достоинств». Дж. Хим. Образование . 70 (9): 741. Бибкод :1993JChEd..70..741G. дои : 10.1021/ed070p741.
• «Объемно-фазовые голографические решетки». Национальные оптические астрономические обсерватории.

Внешние ссылки

• Дифракционные решетки. Лекция 9, Youtube
• Дифракционные решетки — важнейший рассеивающий элемент
• Учебное пособие по оптике — дифракционные решетки, линейчатые и голографические
• Программа трассировки лучей для работы с отражающими вогнутыми решетками общего назначения для Windows XP и выше.
• Помехи в балках дифракционной решетки — демонстрация Вольфрама