Kontent qismiga oʻtish

Difraksion panjara

Vikipediya, ochiq ensiklopediya
Juda katta aks ettiruvchi difraksion panjara
Diffraktsiya effektlari filtri orqali koʻrilgan akkor lampochka .

Optikada diffraktsiya panjarasi yoruglikni turli yoʻnalishlarda (yaʼni, turli xil diffraktsiya burchaklarida) harakatlanadigan bir nechta nurlarga tarqatadigan davriy tuzilishga ega optik komponentdir. Rivojlanayotgan rang berish strukturaviy rang berishning bir shaklidir.[1][2] Ushbu nurlarning yo ‘nalishlari yoki diffraktsiya burchaklari diffraktsiya panjarasiga toʻ lqin (yorugʻlik) tushish burchagiga, panjaradagi qoʻshni diffraktsiya elementlari (masalan, uzatish panjarasi uchun parallel tirqishlar) orasidagi masofa yoki masofaga va tushish toʻlqin uzunligiga bogʻliq. yorugʻlik. Panjara dispersiv element vazifasini bajaradi. Shu sababli, diffraktsiya panjaralari odatda monoxromatorlar va spektrometrlarda qoʻllanadi, lekin yuqori aniqlikdagi harakatni boshqarish [3] va toʻlqin frontini oʻlchash uchun optik enkoderlar kabi boshqa ilovalar ham mumkin.[4][5]

Odatiy ilovalar uchun aks ettiruvchi panjara yuzasida tizmalari yoki oʻ lchamlari bor, transmissiv panjara esa uning yuzasida transmissiv yoki ichi boʻ sh tirqishlarga ega.[6] Bunday panjara diffraktsiya naqshini yaratish uchun unga tushayotgan toʻlqinning amplitudasini modulyatsiya qiladi. Bundan tashqari, amplituda emas, balki tushayotgan toʻ lqinlarning fazalarini modulyatsiya qiluvchi panjaralar mavjud va bu turdagi panjaralar golografiya yordamida tez – tez ishlab chiqarilishi mumkin.[7]

Jeyms Gregori (1638-1675) Isaak Nyutonning prizma tajribalaridan taxminan bir yil oʻtgach, aniqlangan birinchi diffraktsiya panjarasi (tabiiy shaklda) boʻlgan qush patining diffraktsiya naqshlarini kuzatdi.[8] Birinchi sun‘iy diffraktsiya panjarasi taxminan 1785 yilda Filadelfiya ixtirochisi Devid Rittenxaus tomonidan yaratilgan boʻlib, u sochlarni ikkita nozik tishli vintlar orasiga bogʻlagan.[9][10] Bu 1821 yilda taniqli nemis fizigi Jozef fon Fraungoferning tel difraksion panjarasiga oʻxshardi.[11][12] Difraksiya tamoyillarini Tomas Young [13] va Augustin-Jean Fresnel kashf etgan.[14] Ushbu tamoyillardan foydalanib, Fraungofer birinchi boʻ lib chiziqli spektrlarni olish uchun diffraktsiya panjarasidan foydalangan va birinchi boʻ lib spektral chiziqlarning toʻlqin uzunliklarini difraksion panjara bilan oʻ lchagan.

Eng past chiziq masofasi (d) boʻlgan panjaralar 1860 – yillarda Fridrix Adolf Nobert (1806–1881) tomonidan Greifsvaldda yaratilgan:[15] keyin ikki amerikalik Lyuis Morris Ruterfurd (1816–1892) va Uilyam B. Rojers (1804–1882) yetakchilikni qo' lga oldilar;[16][17] va 19-asrning oxiriga kelib , Genri Avgust Roulandning (1848–1901) konkav panjaralari eng yaxshisi edi.[18][19]

Difraksion panjara keng spektrli (masalan, uzluksiz) yorugʻlik manbai bilan yoritilgandaʼ‘kamalak‘‘ ranglarini yaratishi mumkin. CD yoki DVD kabi optik ma‘lumotlarni saqlash disklaridagi bir – biriga yaqin joylashgan tor yoʻllarning kamalak rangga oʻxshash ranglari diffraktsiya panjaralari tufayli yuzaga keladigan yorugʻlik diffraktsiyasiga misoldir. Odatiy diffraktsiya panjarasi parallel chiziqlarga ega (bu 1 oʻlchovli panjaralar uchun toʻgʻri, lekin 2 yoki 3 oʻlchovli panjaralar ham mumkin va ular toʻlqin frontini oʻlchash kabi oʻz ilovalariga ega), CDda esa nozik intervalgacha ma‘lumotlar treklari spirali mavjud. Shaffof nozik soyabon mato qoplamasi orqali yorqin nuqta manbasiga qaraganingizda diffraktsiya ranglari ham paydo boʻladi. Yansıtıcı panjara yamoqlariga asoslangan dekorativ naqshli plastmassa plyonkalar arzon va odatiy hisoblanadi. Suvdagi yogʻning (yoki benzinning va boshqalarning) yupqa qatlamlaridan koʻrinadigan shunga oʻxshash rangning ajralishi, iridessensiya deb nomlanuvchi, panjaradan diffraktsiya emas, balki bir – biriga yaqin joylashgan oʻtkazuvchan qatlamlardan yupqa plyonka aralashuvi natijasida yuzaga keladi.

Operatsion nazariyasi

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Xonaning lyuminestsent yoritilishidan spektrning faqat yashil qismini aks ettiruvchi diffraktsiya panjarasi

Difraksion panjara uchun panjara oraligʻi (ya‘ni, qoʻshni panjara yivlari yoki yoriqlari orasidagi masofa), toʻlqinning (yorugʻlikning) panjaraga tushish burchagi va panjaradan difraksiyalangan toʻlqin oʻrtasidagi bogʻliqlik panjara deb nomlanadi. tenglama. Boshqa koʻplab optik formulalar singari, panjara tenglamasi Gyuygens-Fresnel printsipi yordamida olinishi mumkin, bunda tarqalayotgan toʻlqinning toʻlqin jabhasidagi har bir nuqta nuqta toʻlqin manbai sifatida xizmat qilishi mumkin, va har qanday keyingi nuqtadagi toʻlqin jabhasi. oldingi toʻlqin jabhasida ushbu alohida nuqta toʻlqin manbalarining har birining hissalarini qoʻshish orqali topiladi.

Panjara mos ravishda oyna yoki linzaga oʻxshash ‘‘aks ettiruvchi‘‘ yoki ‘‘uzatuvchi‘‘ turdagi boʻlishi mumkin. Panjaraʼ‘nol tartibli rejimga‘‘ ega (bu yerda difraksiyaning butun tartibi m nolga teng boʻladi), bunda yorugʻlik nuri aks etish (oyna kabi) va sinish (linza kabi) qonunlariga muvofiq harakat qiladi. mos ravishda.

Yorugʻlik nurlari orasidagi yoʻl farqini aks ettiruvchi difraksion panjara (aslida yonib ketgan panjara) boʻyicha bir xil mahalliy holatda koʻrsatadigan diagramma. Yoʻl farqi formulasida + yoki – ni tanlash, qaysi nurlanish yoʻli farq hisoblangan mos yozuvlar ekanligiga bogʻliq. Eʼtibor bering, qora nurlar yoʻli qismlari juftligi va ochiq yashil nurlar yoʻli qismlari juftligi har bir juftlikda yoʻl farqiga ega emas, qizil nurlar yoʻli qismi juftligida esa diffraktsiya panjara tenglamasini hosil qilishda muhim boʻlgan yoʻl farqi mavjud.

Ideallashtirilgan difraksion panjara bir qator oraliq tirqishlardan iborat , bu diffraktsiyaga olib kelishi uchun qiziqish to’lqin uzunligidan kengroq bo’lishi kerak. To’lqin uzunlikdagi monoxromatik yorug’likning tekis to’lqinini faraz qilish panjaraga normal tushishda (ya’ni, tushayotgan to’lqinning to’lqin jabhalari panjara asosiy tekisligiga parallel), panjaradagi har bir tirqish yorug’lik barcha yo’nalishlarda tarqaladigan kvazi nuqta to’lqin manbai bo’lib ishlaydi (garchi bu odatda chegaralangan bo’lsa ham. nuqta manbaidan oldinga yarim shar). Albatta, tushayotgan toʻlqin yetib boradigan har bir tirqishning har bir nuqtasi diffraktsiya toʻlqini uchun nuqta toʻlqini manbai boʻlib oʻynaydi va diffraktsiya toʻlqiniga barcha bu hissalar diffraktsiya toʻlqinining yorugʻlik xususiyatining batafsil taqsimlanishini aniqlaydi, ammo diffraktsiya burchaklari (panjaradagi) diffraktsiya toʻlqini intensivligi eng yuqori boʻlganligi faqat panjaradagi tirqishlarga mos keladigan ushbu kvazi nuqta manbalari bilan aniqlanadi. Tushgan yorugʻlik (toʻlqin) panjara bilan oʻzaro taʼsir qilgandan soʻng, panjaradan hosil boʻlgan difraksiyalangan yorugʻlik panjaradagi har bir tirqishdan chiqadigan interferentsion toʻlqin komponentlari yigʻindisidan iborat; Kosmosning diffraktsiyali yorugʻlik oʻtishi mumkin boʻlgan har qanday nuqtasida, odatda kuzatish nuqtasi deb ataladi, panjaradagi har bir tirqishdan maʼlum nuqtagacha boʻlgan yoʻl uzunligi oʻzgaradi, shuning uchun bu nuqtada har bir tirqishdan chiqadigan toʻlqinning fazasi ham oʻzgaradi. farqlanadi. Natijada, berilgan kuzatuv nuqtasidagi panjara yoriqlaridan diffraktsiya qilingan toʻlqinlar yigʻindisi qoʻshimcha va halokatli interferensiya orqali yorugʻlik intensivligida ular orasida choʻqqi, vodiy yoki maʼlum darajada hosil qiladi. Qoʻshni tirqishlardan kuzatish nuqtasiga yorugʻlik yoʻllari orasidagi farq toʻlqin uzunligi yarmining toq butun soniga teng boʻlsa, l gʻalati butun son bilan , bu nuqtada toʻlqinlar fazadan tashqarida va shuning uchun (mahalliy) minimal yorugʻlik intensivligini yaratish uchun bir-birini bekor qiladi. Xuddi shunday, yoʻl farqi koʻp boʻlganda , toʻlqinlar fazada va (mahalliy) maksimal intensivlik sodir boʻladi. Panjara normal tushayotgan yorugʻlik uchun intensivlik maksimallari diffraktsiya burchaklarida sodir boʻladi. , bu munosabatlarni qondiradi , qayerda  – diffraktsiya nuri va panjaraning normal vektori orasidagi burchak, - bir tirqish markazidan qoʻshni tirqish markazigacha boʻlgan masofa va diffraktsiya tartibi deb ataladigan qiziqishning tarqalish rejimini ifodalovchi butun son.

Difraksion panjaradan diffraktsiya (1) va prizma (2) orqali olingan spektrlarni solishtirish. Uzunroq toʻlqin uzunliklari (qizil) koʻproq sinadi, lekin qisqa toʻlqin uzunliklariga (binafsha) qaraganda kamroq sinadi.
Panjara ortidagi monoxromatik yorugʻlik uchun issiqlik xaritasi sifatida intensivlik

Oddiy yorug’lik to’ lqini panjaraga tushsa, diffraktsiya burchaklarida diffraktsiya qilingan yorug’ lik maksimal qiymatga ega. sifatida diffraktsiya tenglamasi bilan berilganKo’rsatish mumkinki, agar tekislik to’lqini har qanday ixtiyoriy burchak ostida tushsa panjara normalga, panjara tenglamasi bo’ ladiFailed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle d(\sin\theta_i – \sin\theta_m) = m\lambda} yoki Tanlov diffraktsiya bilan bog’ liq hisob-kitoblar orqali saqlansa, ikkala tanlov ham yaxshi. Natijada ikkita tanlov o’ rtasidagi farq diffraktsiya tartiblarining belgilaridir, masalan, birinchi tanlovda bo’ ladi ikkinchi tanlovda. Difraksiyalangan to’ lqin intensivligi maksimal bo’ lgan difraksion burchak uchun echilganda, tenglama shunday bo’ ladi.Oʻtkazuvchi diffraktsiya panjarasi uchun toʻ gʻ ridan-toʻ gʻ ri uzatilishiga yoki aks ettiruvchi panjara uchun koʻzgu aks ettirilishiga mos keladigan difraksiyalangan yorugʻlik nol tartib deb ataladi va bu bilan belgilanadi . Boshqa diffraktsiyalangan yorugʻlik intensivligi maksimallari burchaklarda sodir boʻladi nolga teng boʻlmagan butun sonlar diffraktsiya tartiblari bilan ifodalanadi Shu esta tutilsinki nol tartibli difraksiyalangan nurning har ikki tomonidagi diffraktsiya tartibiga mos keladigan ijobiy yoki salbiy boʻlishi mumkin.

Agar panjara tenglamasi oʻ ng diagrammadagi panjara kabi oʻ ziga xos panjaradan olingan boʻlsa ham (Ushbu panjara yonib turgan panjara deb ataladi), tenglama bir xil oraliqdagi har qanday muntazam tuzilishga taalluqli boʻlishi mumkin, chunki yorugʻlik tarqalishi orasidagi faza munosabatlari. panjaraning qoʻshni diffraksion elementlaridan bir xil boʻlib qoladi. Yorugʻlikning batafsil taqsimlanishi (masalan, intensivlik) panjara elementlarining batafsil tuzilishiga, shuningdek, panjaradagi elementlarning soniga bogʻliq, lekin u har doim panjara tenglamasi bilan berilgan yoʻnalishlarda maksimal qiymatlarni beradi.

Panjara tushayotgan yorugʻ likni qanday modulyatsiya qilishiga qarab, difraksiyalangan yorugʻ likni keltirib chiqarishiga qarab, quyidagi panjara turlari mavjud.[20]

  • Transmissiya amplitudasining diffraktsiya panjarasi, u panjara orqali uzatuvchi tushayotgan toʻ lqinning intensivligini fazoviy va vaqti-vaqti bilan modulyatsiya qiladi (va difraksiyalangan toʻ lqin bu modulyatsiyaning natijasidir).
  • Koʻ zgu amplitudasi – panjaradan aks ettirilgan toʻ lqinning intensivligini fazoviy va davriy ravishda oʻ zgartiradigan diffraktsiya panjaralari.
  • Transmissiya fazasi diffraktsiya panjarasi, bu panjara orqali oʻ tadigan tushuvchi toʻ lqin fazasini fazoviy va davriy ravishda modulyatsiya qiladi.
  • Koʻ zgu fazasi diffraktsiya panjarasi, bu panjaradan aks ettirilgan tushayotgan toʻ lqin fazasini fazoviy va davriy ravishda modulyatsiya qiladi.

Optik oʻ qi fazoviy va davriy ravishda modulyatsiyalangan optik oʻ q diffraktsiya panjarasi ham aks ettirish yoki uzatish fazasi diffraktsiya panjarasi hisoblanadi.

Panjara tenglamasi, difraksiyalangan tolqinlar xususiyatining batafsil taqsimlanishi har bir panjaraning batafsil tuzilishiga bogʻliq boʻlsa ham, panjaralarning qoʻshni diffraktsiyalash elementlaridan difraksiyalangan toʻlqinlar oʻrtasidagi bir xil faza munosabati tufayli ushbu barcha panjaralar uchun amal qiladi.

Chiroq tomonidan ishlab chiqarilgan turli spektral chiziqlarni koʻrsatadigan, aks ettirish diffraktsiya panjarasida suratga olingan spiral lyuminestsent chiroq.

Kvant elektrodinamika (QED) zarrachalar (baʼ zi darajadagi) sifatida fotonlar nuqtai nazaridan difraksion panjara xususiyatlarining yana bir hosilasini taklif qiladi. QEDni kvant mexanikasining integral formulasi bilan intuitiv tarzda tasvirlash mumkin. Shunday qilib, u fotonlarni manbadan yakuniy nuqtagacha boʻ lgan barcha yoʻ llarni potentsial ravishda kuzatib borishi mumkin, har bir yoʻ l maʼ lum bir ehtimollik amplitudasi bilan. Ushbu ehtimollik amplitudalari murakkab son yoki ekvivalent vektor sifatida ifodalanishi mumkin yoki Richard Feynman ularni QED haqidagi kitobida oddiygina „strelkalar“ deb atagan.

Muayyan hodisaning sodir boʻ lish ehtimoli uchun, voqea sodir boʻ lishi mumkin boʻ lgan barcha mumkin boʻ lgan yoʻ llar uchun ehtimollik amplitudalari yigʻ iladi, soʻ ngra natija uzunligining kvadrati olinadi. Monoxromatik manbadan olingan fotonning maʼ lum bir vaqtda maʼ lum bir yakuniy nuqtaga etib borishi ehtimoli amplitudasi, bu holda, foton yakuniy nuqtaga yetganda baholanmaguncha tez aylanadigan oʻ q sifatida modellashtirilishi mumkin. Masalan, fotonning oynadan aks etishi va maʼ lum bir vaqtdan keyin maʼ lum bir nuqtada kuzatilishi ehtimoli uchun foton manbadan chiqib ketayotganda aylanish amplitudasi ehtimolini oʻ rnatadi, uni oynaga kuzatib boradi va keyin. oxirgi nuqtasiga, hatto teng burchak ostida oynadan sakrashni oʻ z ichiga olmaydigan yoʻ llar uchun ham. Keyin fotonning yakuniy nuqtasida ehtimollik amplitudasini baholash mumkin; Keyinchalik, ushbu oʻ qlarning barchasini integrallash mumkin (vektor yigʻ indisiga qarang) va natijaning uzunligini kvadratga aylantirib, ushbu fotonning mos keladigan tarzda oynadan aks etishi ehtimolini olish mumkin. Ushbu yoʻ llarni bosib oʻ tgan vaqtlar ehtimollik amplitudasi oʻ qining burchagini aniqlaydi, chunki ular doimiy tezlikda (bu foton chastotasi bilan bogʻ liq) „aylanish“ deb aytish mumkin.

Koʻ zguning klassik aks ettirish joyi yaqinidagi yoʻ llarning vaqtlari deyarli bir xil, shuning uchun ehtimollik amplitudalari deyarli bir xil yoʻ nalishda ishora qiladi – shuning uchun ular katta summaga ega. Oynaning chetlaridagi yoʻ llarni oʻ rganib chiqsak, yaqin atrofdagi yoʻ llarning vaqtlari bir-biridan mutlaqo farq qiladi va shuning uchun biz tezda bekor qilinadigan vektorlarni yigʻ amiz. Shunday qilib, yorugʻ lik uzoqroqqa yoʻ ldan koʻ ra klassik aks ettirish yoʻ liga yaqinroq boʻ lish ehtimoli yuqori. Biroq, bu oynadan diffraktsiya panjarasini, odatda, yaqin atrofdagi amplitudalarni bekor qiladigan oynaning chetiga yaqin joylarni qirib tashlash orqali yasash mumkin, ammo hozir, fotonlar qirqib olingan qismlardan aks etmasligi sababli, ehtimollik amplitudalari. Bularning barchasi, masalan, qirq besh gradusda katta miqdorga ega boʻ lishi mumkinligini koʻ rsatadi. Shunday qilib, bu toʻ gʻ ri chastota yigʻ indisini kattaroq ehtimollik amplitudasiga yoritishga imkon beradi va shuning uchun tegishli yakuniy nuqtaga erishish ehtimoli kattaroq boʻ ladi.

Ushbu maxsus tavsif koʻ plab soddalashtirishlarni oʻ z ichiga oladi: nuqta manbai, yorugʻ lik aks etishi mumkin boʻ lgan „sirt“ (shuning uchun elektronlar bilan oʻ zaro taʼ sirni eʼ tiborsiz qoldiradigan) va boshqalar. Eng katta soddalashtirish, ehtimol, ehtimollik amplitudasi oʻ qlarining „aylanishi“ aslida manbaning „aylanishi“ sifatida aniqroq tushuntiriladi, chunki fotonlarning ehtimollik amplitudalari tranzit paytida „aylanmaydi“. Biz ehtimollik amplitudalarining bir xil oʻ zgarishini fotonning manbadan chiqib ketgan vaqtini noaniq boʻ lishiga yoʻ l qoʻ yish orqali olamiz – va endi yoʻ l vaqti bizga foton qachon manbadan chiqib ketganligini va shuning uchun uning „oʻ q“ burchagi qanday ekanligini aytadi. boʻ lardi. Biroq, bu model va yaqinlashish diffraktsiya panjarasini kontseptual tarzda tasvirlash uchun oqilona hisoblanadi. Boshqa chastotali yorugʻ lik bir xil diffraktsiya panjarasidan ham aks etishi mumkin, ammo boshqa yakuniy nuqta bilan.[21]

Tarmoqli elementlar sifatida panjaralar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Panjara tenglamasidagi toʻ lqin uzunligiga bogʻ liqlik shuni koʻ rsatadiki, panjara tushayotgan polixromatik nurni turli burchaklardagi toʻ lqin uzunligining tarkibiy qismlariga ajratadi, yaʼ ni u burchakli dispersivdir . Kirish nurlari spektrining har bir toʻ lqin uzunligi boshqa yoʻ nalishga yuboriladi va oq yorugʻ lik ostida ranglarning kamalakini hosil qiladi. Bu vizual ravishda prizmaning ishlashiga oʻ xshaydi, garchi mexanizm juda boshqacha boʻ lsa ham. Prizma har xil toʻ lqin uzunlikdagi toʻ lqinlarni turli burchaklardagi sindirish koʻ rsatkichlari tufayli sindiradi, panjara esa har bir toʻ lqin uzunligidagi interferensiya tufayli turli burchaklardagi turli toʻ lqin uzunliklarini sindiradi.

Chiroqning lampochkasi transmissiv panjara orqali koʻrinib, ikkita difraksion tartibni koʻrsatadi. m = 0 tartibi panjara orqali yorugʻlikning toʻgʻridan-toʻgʻri uzatilishiga mos keladi. Birinchi ijobiy tartibda (m = +1) ortib borayotgan toʻlqin uzunliklari boʻlgan ranglar (koʻkdan qizilgacha) ortib borayotgan burchaklarda tarqaladi.

Ketma – ket tartiblarga mos keladigan difraksion nurlar tushayotgan nurning spektral tarkibiga va panjara zichligiga qarab bir – birining ustiga chiqishi mumkin. Spektral tartib qanchalik baland boʻ lsa, keyingi tartib bilan oʻzaro bogʻlanish shunchalik katta boʻladi.

Bir nechta ranglardan (toʻlqin uzunliklaridan) tashkil topgan argon lazer nuri kremniy difraksion oyna panjarasiga tushadi va har bir toʻlqin uzunligi uchun bittadan bir nechta nurlarga boʻlinadi. Toʻlqin uzunliklari (chapdan oʻngga) 458 nm, 476 nm, 488 nm, 497 nm, 502 nm va 515 nm.

Panjara tenglamasi shuni koʻ rsatadiki, difraksion tartiblarning burchaklari ularning shakliga emas, balki faqat yivlar davriga bogʻ liq. Oluklarning kesma profilini nazorat qilish orqali, maʼ lum bir toʻ lqin uzunligi uchun maʼ lum bir tartibda diffraktsiyalangan optik energiyaning katta qismini jamlash mumkin. Odatda uchburchak profil ishlatiladi. Ushbu texnika yonish deb ataladi. Diffraktsiya eng samarali boʻ lgan tushuvchi burchak va toʻ lqin uzunligi (difraksiyalangan optik energiyaning tushayotgan energiyaga nisbati eng yuqori) odatda yonib turgan burchak va yonayotgan toʻ lqin uzunligi deb ataladi. Panjara samaradorligi tushayotgan yorugʻ likning polarizatsiyasiga ham bogʻ liq boʻ lishi mumkin. Panjara odatda ularning yiv zichligi bilan belgilanadi, birlik uzunligidagi oluklar soni, odatda millimetrga (g / mm) oluklarda ifodalanadi, shuningdek, truba davrining teskari qismiga teng. Chuqurlik davri qiziqish toʻ lqin uzunligi tartibida boʻ lishi kerak; panjara bilan qoplangan spektral diapazon truba oraligʻ iga bogʻ liq boʻ lib, bir xil panjara konstantasi (yiv zichligi yoki truba davrini bildiradi) bilan boshqariladigan va golografik panjaralar uchun bir xil boʻ ladi. Panjara diffraktsiya qilishi mumkin boʻ lgan maksimal toʻ lqin uzunligi panjara davrining ikki barobariga teng, bu holda tushayotgan va tarqaladigan yorugʻ lik panjara normaliga toʻ qson daraja (90 °) da boʻ ladi. Kengroq chastotada chastota dispersiyasini olish uchun prizmadan foydalanish kerak. Panjaralardan foydalanish eng keng tarqalgan optik rejim 100 nm dan 10 mkm gacha boʻ lgan toʻ lqin uzunliklariga toʻ gʻ ri keladi. Bunday holda, truba zichligi echelle panjaralarida boʻ lgani kabi millimetr uchun bir necha oʻ nlab oluklardan millimetr uchun bir necha ming oluklargacha oʻ zgarishi mumkin.

Yivlar oraligʻ i yorugʻ lik toʻ lqin uzunligining yarmidan kam boʻ lsa, yagona mavjud tartib m = 0 tartibidir. Bunday kichik davriylikka ega boʻ lgan panjaralar (tushgan yorugʻ lik toʻ lqin uzunligiga nisbatan) pastki toʻ lqinli panjaralar deb ataladi va maxsus optik xususiyatlarni namoyish etadi. Izotropik materialdan yasalgan pastki toʻ lqin uzunlikdagi panjaralar ikki sinishi hosil boʻ lishiga olib keladi, bunda material oʻ zini qoʻ shaloq sinishi kabi tutadi.

Plitalarga oʻyib ishlangan difraksion panjara.

SR (Surface Relief) panjaralari

[tahrir | manbasini tahrirlash]

SR panjaralari depressiyalar (past relyef) va balandliklar (yuqori relyef) sirt tuzilishiga koʻ ra nomlanadi. Dastlab, yuqori aniqlikdagi panjaralar qurilishi katta ish boʻ lgan yuqori sifatli boshqaruvchi dvigatellar tomonidan boshqarilgan. Genri Jozef Greyson 1899 yilda dyuymga 120 000 chiziqdan biriga (mm uchun taxminan 4724 chiziq) erishgan holda diffraktsiya panjaralarini yasash uchun mashina ishlab chiqdi. Keyinchalik, fotolitografik usullar golografik interferentsiya naqshlari orqali panjara yaratdi. Golografik panjara ishlab chiqarish jarayonida panjara materialida optik sinusoidal interferentsiya natijasida sinusoidal yivlarga ega va ular boshqariladigan panjaralar kabi samarali boʻ lmasligi mumkin, lekin koʻ pincha monoxromatorlarda afzallik beriladi, chunki ular kamroq yorugʻ lik chiqaradi . Nusxa koʻ chirish texnikasi har ikki turdagi asosiy panjaralardan yuqori sifatli nusxalarni yaratishi mumkin va shu bilan ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytiradi.

Yarimoʻ tkazgich texnologiyasi bugungi kunda gologramma naqshli panjaralarni eritilgan kremniy oksidi kabi mustahkam materiallarga yopishtirish uchun ham qoʻ llaniladi. Shu tarzda, past adashgan yorugʻ lik golografiyasi chuqur, chizilgan uzatish panjaralarining yuqori samaradorligi bilan birlashtiriladi va yuqori hajmli, arzon narxlardagi yarimoʻ tkazgichlarni ishlab chiqarish texnologiyasiga kiritilishi mumkin.

VPH (Volume Phase Holography) panjaralari

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Diffraktsiya panjaralarini ishlab chiqarishning yana bir usuli ikkita substrat orasiga qoʻ yilgan fotosensitiv jeldan foydalanadi. Golografik interferentsiya namunasi keyinchalik ishlab chiqilgan gelni ochib beradi. Hajmi fazali gologramma diffraktsiya panjaralari (yoki VPH diffraktsiya panjaralari) deb ataladigan bu panjaralarda jismoniy yivlar yoʻ q, aksincha, jel ichidagi sinishi indeksining davriy modulyatsiyasi. Bu, odatda, boshqa turdagi panjaralarda koʻ rinadigan sirt tarqalishining koʻ p taʼ sirini yoʻ q qiladi. Ushbu panjaralar, shuningdek, yuqori samaradorlikka ega va murakkab naqshlarni bitta panjara ichiga kiritish imkonini beradi. VPH diffraktsiya panjarasi odatda transmissiya panjarasi boʻ lib, u orqali tushayotgan yorugʻ lik oʻ tadi va tarqaladi, lekin VPH koʻ zgu panjarasini panjara yuzasiga nisbatan sinishi indeksining modulyatsiyasi yoʻ nalishini egish orqali ham qilish mumkin.[22] Bunday panjaralarning eski versiyalarida atrof-muhitga taʼ sirchanlik savdosi edi, chunki jel past harorat va namlikda boʻ lishi kerak edi. Odatda, fotosensitiv moddalar namlikka, termal va mexanik stresslarga chidamli boʻ lgan ikkita substrat oʻ rtasida muhrlanadi. VPH difraksion panjaralari tasodifiy teginish bilan vayron boʻ lmaydi va odatdagi relyef panjaralariga qaraganda tirnalishga chidamliroqdir.

Boshqa panjaralar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

Integratsiyalashgan fotonik yorugʻ lik toʻ lqinlarining sxemalariga panjara kiritishning yangi texnologiyasi raqamli planar golografiyadir (DPH). DPH panjaralari kompyuterda ishlab chiqariladi va ommaviy ishlab chiqarishga mos keladigan standart mikro-litografiya yoki nano-printing usullaridan foydalangan holda optik toʻ lqin qoʻ llanmasining bir yoki bir nechta interfeyslarida ishlab chiqariladi. Yorugʻ lik sindirish koʻ rsatkichi gradienti bilan chegaralangan DPH panjaralari ichida tarqaladi, bu uzoqroq oʻ zaro taʼ sir yoʻ lini va yorugʻ likni boshqarishda koʻ proq moslashuvchanlikni taʼ minlaydi.

Misollar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Kompakt diskning yivlari panjara vazifasini bajarishi va nurli aks etishi mumkin.

Diffraktsiya panjaralari ko’pincha monoxromatorlar, spektrometrlar, lazerlar, to’lqin uzunligini bo’linadigan multiplekslash qurilmalari, optik impulslarni siqish qurilmalari va boshqa ko’plab optik asboblarda qo’llaniladi.

Oddiy bosilgan CD va DVD tashuvchilar diffraktsiya panjaralarining kundalik namunalari boʻ lib, quyosh nurlarini oq devorga aks ettirish orqali effektni koʻ rsatish uchun ishlatilishi mumkin. Bu ularni ishlab chiqarishning nojoʻ ya taʼ siridir, chunki CD ning bir yuzasida plastmassada spiral shaklida joylashgan koʻ plab kichik chuqurchalar mavjud; bu sirt chuqurlarni koʻ proq koʻ rinadigan qilish uchun qoʻ llaniladigan nozik metall qatlamiga ega. DVD ning tuzilishi optik jihatdan oʻ xshashdir, garchi u bir nechta chuqurchaga ega boʻ lishi mumkin va barcha chuqurlikli sirtlar disk ichida joylashgan.[23]

Axborot vositalarining sinishi, indeksiga sezgirligi tufayli diffraktsiya panjarasi suyuqlik xususiyatlarining sensori sifatida ishlatilishi mumkin .[24]

Standart bosilgan vinil yozuvida yivlarga perpendikulyar past burchakdan qaralganda, CD/DVDdagiga oʻ xshash, ammo kamroq aniqlangan effekt koʻ rinadi. Buning sababi koʻ rish burchagi (qora vinilni aks ettirishning tanqidiy burchagidan kamroq) va yorugʻ lik yoʻ lining aks etishi, buning natijasida yivlar tomonidan oʻ zgartirilib, orqada kamalak relef naqshini qoldiradi.

Diffraktsiya panjaralari, shuningdek, GlowLight bilan Nook Simple Touch kabi elektron oʻ quvchilarning old yorugʻ ligini teng ravishda taqsimlash uchun ishlatiladi.[25]

Elektron komponentlardan panjaralar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Mobil telefon orqali yorugʻlikning diffraktsiyasi

Baʼ zi kundalik elektron komponentlar nozik va muntazam naqshlarni oʻ z ichiga oladi va natijada diffraktsiya panjaralari boʻ lib xizmat qiladi. Masalan, tashlab ketilgan mobil telefonlar va kameralardan CCD sensorlari qurilmadan olib tashlanishi mumkin. Lazer koʻ rsatkichi yordamida diffraktsiya CCD sensorlarining fazoviy tuzilishini ochib berishi mumkin.[26] Bu aqlli telefonlarning LCD yoki LED displeylari uchun ham amalga oshirilishi mumkin. Bunday displeylar odatda shaffof korpus bilan himoyalanganligi sababli, tajribalar telefonlarga zarar bermasdan amalga oshirilishi mumkin. Agar aniq oʻ lchovlar moʻ ljallanmagan boʻ lsa, yorugʻ lik nuri diffraktsiya naqshlarini ochib berishi mumkin.

Tabiiy panjaralar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
Bakteriyalar bir xil oʻlchamda va bir xil masofada joylashganida, baliq idishining yuzasida joylashgan biofilm diffraksion panjara effektlarini keltirib chiqaradi. Bunday hodisalar Quetelet halqalarining namunasidir.

Chiziqli mushak eng koʻ p uchraydigan tabiiy difraksion panjaradir [27] va bu fiziologlarga bunday mushaklarning tuzilishini aniqlashda yordam berdi. Bundan tashqari, kristallarning kimyoviy tuzilishini koʻ rinadigan yorugʻ likdan tashqari elektromagnit nurlanish turlari uchun diffraktsiya panjaralari deb hisoblash mumkin, bu rentgen kristallografiyasi kabi usullar uchun asosdir.

Koʻ pincha tovus patlari, marvarid va kapalak qanotlarining yorqin ranglari diffraktsiya panjaralari bilan chalkashib ketadi. Qushlar,[28] baliqlar [29] va hasharotlar [28][30] dagi iridescence koʻ pincha diffraksion panjara emas, balki yupqa qatlamli interferentsiya tufayli yuzaga keladi. Koʻ rish burchagi oʻ zgarganda diffraktsiya ranglarning butun spektrini hosil qiladi, yupqa plyonkali interferentsiya esa odatda ancha tor diapazonni hosil qiladi. Gullarning sirtlari ham diffraktsiyani yaratishi mumkin, ammo oʻ simliklardagi hujayra tuzilmalari odatda juda tartibsiz boʻ lib, diffraktsiya panjarasi uchun zarur boʻ lgan nozik yoriqlar geometriyasini hosil qiladi.[31] Shunday qilib, gullarning iridescence signali faqat mahalliy darajada seziladi va shuning uchun odamlar va gullarga tashrif buyuradigan hasharotlarga koʻ rinmaydi.[32][33] Biroq, tabiiy panjaralar baʼ zi umurtqasiz hayvonlarda uchraydi, masalan, tovus oʻ rgimchaklari,[34] urugʻ li qisqichbaqalar antennalari va hatto Burgess Slanets fotoalbomlarida ham topilgan.[35][36]

Difraksion panjara effektlari baʼ zan meteorologiyada kuzatiladi. Difraksion tojlar quyosh kabi yorugʻ lik manbasini oʻ rab turgan rangli halqalardir. Ular odatda yorugʻ lik manbasiga halolarga qaraganda ancha yaqinroq kuzatiladi va ular suv tomchilari, muz kristallari yoki tumanli osmondagi tutun zarralari kabi juda nozik zarralar tufayli yuzaga keladi. Zarrachalar deyarli bir xil oʻ lchamda boʻ lsa, ular kiruvchi yorugʻ likni juda aniq burchaklarda diffraktsiya qiladilar. Aniq burchak zarrachalarning oʻ lchamiga bogʻ liq. Diffraktsiya tojlari odatda tumanda sham alangasi yoki koʻ cha chiroqlari kabi yorugʻ lik manbalari atrofida kuzatiladi. Bulutli zarrachalar bir xil oʻ lchamda boʻ lganda, toj halqalari boʻ ylab sodir boʻ ladigan diffraktsiya tufayli bulutning iridessensiyasi yuzaga keladi.[37]

Shuningdek qarang

[tahrir | manbasini tahrirlash]

 

Eslatmalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
  1. ↑ Srinivasarao, M. (1999). „Nano-Optics in the Biological World: Beetles, Butterflies, Birds, and Moths“. Chemical Reviews. 99-jild, № 7. 1935–1962-bet. doi:10.1021/cr970080y. PMID 11849015.
  2. ↑ Kinoshita, S.; Yoshioka, S.; Miyazaki, J. (2008). „Physics of structural colors“. Reports on Progress in Physics. 71-jild, № 7. 076401-bet. Bibcode:2008RPPh...71g6401K. doi:10.1088/0034-4885/71/7/076401.
  3. ↑ „Optical Encoders“. Celera motion. 2020-yil 12-avgustda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2021-yil 1-noyabr.
  4. ↑ Paul M, Blanchard; David J, Fisher; Simon C, Woods; Alan H, Greenaway (2000). „Phase-diversity wave-front sensing with a distorted diffraction grating“. Applied Optics. 39-jild, № 35. 6649–6655-bet. Bibcode:2000ApOpt..39.6649B. doi:10.1364/AO.39.006649. PMID 18354679.
  5. ↑ Hiroshi, Ohba; Shinichi, Komatsu (1998). „Wavefront Sensor Using a 2-Dimensional Diffraction Grating“. Japanese Journal of Applied Physics. 37-jild, № 6B. 3749–3753-bet. Bibcode:1998JaJAP..37.3749O. doi:10.1143/JJAP.37.3749.
  6. ↑ „Introduction to Diffraction Grating“. Thor Labs. 2022-yil 9-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2020-yil 30-aprel.
  7. ↑ AK Yetisen; H Butt; F da Cruz Vasconcellos; Y Montelongo; CAB Davidson; J Blyth; JB Carmody; S Vignolini; U Steiner (2013). „Light-Directed Writing of Chemically Tunable Narrow-Band Holographic Sensors“. Advanced Optical Materials. 2-jild, № 3. 250–254-bet. doi:10.1002/adom.201300375.
  8. ↑ Letter from James Gregory to John Collins, dated 13 May 1673. Reprinted in: Correspondence of Scientific Men of the Seventeenth Century … Rigaud: . Oxford University Press, 1841 — 251–5-bet.  especially p. 254
  9. ↑ Hopkinson, F.; Rittenhouse, David (1786). „An optical problem, proposed by Mr. Hopkinson, and solved by Mr. Rittenhouse“. Transactions of the American Philosophical Society. 2-jild. 201–6-bet. doi:10.2307/1005186. JSTOR 1005186.
  10. ↑ Thomas D. Cope (1932) „The Rittenhouse diffraction grating“. Reprinted in: Rittenhouse, David. The Scientific Writings of David Rittenhouse Hindle: . Arno Press, 1980 — 377–382-bet. ISBN 9780405125683.  (A reproduction of Rittenhouseʼs letter re his diffraction grating appears on pp. 369–374.)
  11. ↑ Fraunhofer, Joseph von (1821). „Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben“. Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memoirs of the Royal Academy of Science in Munich). 8-jild. 3–76-bet. {{cite magazine}}: Unknown parameter |trans_title= ignored (|trans-title= suggested) (yordam)
  12. ↑ Fraunhofer, Joseph von (1823). „Kurzer Bericht von den Resultaten neuerer Versuche über die Gesetze des Lichtes, und die Theorie derselben“. Annalen der Physik. 74-jild, № 8. 337–378-bet. Bibcode:1823AnP....74..337F. doi:10.1002/andp.18230740802. {{cite magazine}}: Unknown parameter |trans_title= ignored (|trans-title= suggested) (yordam)
  13. ↑ Thomas Young (1804-01-01). „The Bakerian Lecture: Experiments and calculations relative to physical optics“. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 94-jild. 1–16-bet. Bibcode:1804RSPT...94....1Y. doi:10.1098/rstl.1804.0001.. (Note: This lecture was presented before the Royal Society on 24 November 1803.)
  14. ↑ Fresnel, Augustin-Jean (1816), „Mémoire sur la diffraction de la lumière“ („Memoir on the diffraction of light“), Annales de Chimie et de Physique, vol. 1, pp. 239–81 (March 1816); reprinted as „Deuxième Mémoire…“ („Second Memoir…“) in Oeuvres complètes d’Augustin Fresnel, vol. 1 (Paris: Imprimerie Impériale, 1866), pp. 89–122. (Revision of the „First Memoir“ submitted on 15 October 1815.)
  15. ↑ Turner, G. L'E. (1967). „The contributions to Science of Friedrich Adolph Nobert“. Bulletin of the Institute of Physics and the Physical Society. 18-jild, № 10. 338–348-bet. doi:10.1088/0031-9112/18/10/006.
  16. ↑ Warner, Deborah J. (1971). „Lewis M. Rutherfurd: Pioneer Astronomical Photographer and Spectroscopist“. Technology and Culture. 12-jild, № 2. 190–216-bet. doi:10.2307/3102525. JSTOR 3102525.
  17. ↑ Warner, Deborah J.. The Michelson Era in American Science 1870-1930. New York: American Institute of Physics, 1988 — 2–12-bet. 
  18. ↑ Hentschel, Klaus (1993). „The Discovery of the Redshift of Solar Fraunhofer Lines by Rowland and Jewell in Baltimore around 1890“ (PDF). Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 23-jild, № 2. 219–277-bet. doi:10.2307/27757699. JSTOR 27757699. 2022-10-09da asl nusxadan (PDF) arxivlandi.
  19. ↑ Sweeetnam, George. The Command of Light: Rowland's School of Physics and the Spectrum. Philadelphia: American Philosophical Society, 2000. ISBN 978-08716-923-82. 
  20. ↑ Hecht, Eugene „10.2.8. The Diffraction Grating“, . Optics. Pearson, 2017 — 497-bet. ISBN 978-1-292-09693-3. 
  21. ↑ Feynman, Richard. QED: The Strange Theory of Light and Matter. Princeton University Press, 1985. ISBN 978-0691083889. 
  22. ↑ „Volume Phase Holographic Gratings“. National Optical Astronomy Observatory (1998-yil iyun). 1999-yil 12-noyabrda asl nusxadan arxivlangan.
  23. ↑ Ambient Diagnostics by Yang Cai – CRC Press 2014 Page 267
  24. ↑ Xu, Zhida; Han, Kevin; Khan, Ibrahim; Wang, Xinhao; Liu, Logan (2014). „Liquid refractive index sensing independent of opacity using an optofluidic diffraction sensor“. Optics Letters. 39-jild, № 20. 6082–6085-bet. arXiv:1410.0903. Bibcode:2014OptL...39.6082X. doi:10.1364/OL.39.006082. PMID 25361161.
  25. ↑ „Step 17“. Nook Simple Touch with GlowLight Teardown. iFixit (2012).
  26. ↑ Barreiro, Jesús J.; Pons, Amparo; Barreiro, Juan C.; Castro-Palacio, Juan C.; Monsoriu, Juan A. (March 2014). „Diffraction by electronic components of everyday use“ (PDF). American Journal of Physics. 82-jild, № 3. 257–261-bet. Bibcode:2014AmJPh..82..257B. doi:10.1119/1.4830043. 2022-10-09da asl nusxadan (PDF) arxivlandi.
  27. ↑ Baskin, R.J.; Roos, K.P.; Yeh, Y. (October 1979). „Light diffraction study of single skeletal muscle fibers“. Biophys. J. 28-jild, № 1. 45–64-bet. Bibcode:1979BpJ....28...45B. doi:10.1016/S0006-3495(79)85158-9. PMC 1328609. PMID 318066.
  28. ↑ 28,0 28,1 Stavenga, D. G. (2014). „Thin Film and Multilayer Optics Cause Structural Colors of Many Insects and Birds“. Materials Today: Proceedings. 1-jild. 109–121-bet. doi:10.1016/j.matpr.2014.09.007.
  29. ↑ Roberts, N. W.; Marshall, N. J.; Cronin, T. W. (2012). „High levels of reflectivity and pointillist structural color in fish, cephalopods, and beetles“. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109-jild, № 50. E3387-bet. Bibcode:2012PNAS..109E3387R. doi:10.1073/pnas.1216282109. PMC 3528518. PMID 23132935.
  30. ↑ Stavenga, D. G.; Leertouwer, H. L.; Wilts, B. D. (2014). „Coloration principles of nymphaline butterflies - thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking“. Journal of Experimental Biology. 217-jild, № 12. 2171–2180-bet. doi:10.1242/jeb.098673. PMID 24675561.
  31. ↑ Van Der Kooi, C. J.; Wilts, B. D.; Leertouwer, H. L.; Staal, M.; Elzenga, J. T. M.; Stavenga, D. G. (2014). „Iridescent flowers? Contribution of surface structures to optical signaling“ (PDF). New Phytologist. 203-jild, № 2. 667–73-bet. doi:10.1111/nph.12808. PMID 24713039.
  32. ↑ Lee, David W.. Nature's Palette: The Science of Plant Color. University of Chicago Press, 2007 — 255–6-bet. ISBN 978-0-226-47105-1. 
  33. ↑ Van Der Kooi, C. J.; Dyer, A. G.; Stavenga, D. G. (2015). „Is floral iridescence a biologically relevant cue in plant-pollinator signaling?“ (PDF). New Phytologist. 205-jild, № 1. 18–20-bet. doi:10.1111/nph.13066. PMID 25243861.
  34. ↑ Hsiung, Bor-Kai; Siddique, Radwanul Hasan; Stavenga, Doekele G.; Otto, Jürgen C.; Allen, Michael C.; Liu, Ying; Lu, Yong-Feng; Deheyn, Dimitri D.; Shawkey, Matthew D. (2017-12-22). „Rainbow peacock spiders inspire miniature super-iridescent optics“. Nature Communications (inglizcha). 8-jild, № 1. 2278-bet. Bibcode:2017NatCo...8.2278H. doi:10.1038/s41467-017-02451-x. ISSN 2041-1723. PMC 5741626. PMID 29273708.
  35. ↑ Lee 2007, s. 41
  36. ↑ „Colouring in the fossil past“. News. Natural History Museum (2006-yil 15-mart). 2010-yil 12-avgustda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2010-yil 14-sentyabr.
  37. ↑ Können, G. P.. Polarized Light in Nature. Cambridge University Press, 1985 — 72–73-bet. ISBN 978-0-521-25862-3. 

Maʼlumotnomalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]

 

Havolalar

[tahrir | manbasini tahrirlash]
 Vikiomborda Difraksion panjara
haqida turkum mavjud 
"https://uz.wikipedia.org/w/index.php?title=Difraksion_panjara&oldid=5270153" dan olindi