СОСТАВНАЯ ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению и, в частности, к разработке и использованию дифракционных решеток в оптических приборах.
Предлагаемая составная дифракционная решетка может быть использована в качестве преобразовательного элемента оптических и оптоэлектронных приборов, применяемых в экспериментальной спектроскопии для исследований в широком интервале длин волн электромагнитного спектра.
Прототипом устройства является составная дифракционная решетка, состоящая из нескольких одинаковых дифракционных решеток, закрепленных неподвижно на общем основании, причем, штрихи решеток параллельны друг другу, при этом, одинаковые дифракционные решетки закреплены попарно со сдвигом одна относительно другой в направлении дисперсии на определенную величину - авт. свид. №909648, G02B 5/18, 1982 г.
Недостатком прототипа является малая ширина спектра преобразуемых длин электромагнитных волн.
Техническая задача, решаемая заявляемым устройством - расширение спектра диспергированных длин электромагнитных волн в коротковолновой части при больших площадях сечения потока исследуемых электромагнитных волн.
Для решения поставленной задачи составная дифракционная решетка содержит первую дифракционную решетку, имеющую форму любой плоской геометрической фигуры площадью S и периодом A между ее топологическими линиями, на которой, через прозрачную для электромагнитных волн прокладку толщиной C, закреплена вторая дифракционная решетка аналогичной формы, площадь Q которой Q≤S/2, период В между топологическими линиями второй решетки В≤А/2, а толщина С прозрачной для электромагнитных волн прокладки С≥А/2.
В конкретных частных случаях выполнения устройства, решетка может содержать N дифракционных решеток, период которых последовательно уменьшается по отношению ко второй дифракционной решетке.
В качестве прозрачной для электромагнитных волн прокладки используют стекло, или полиимид, или ситалл.
На фиг.1 представлена составная дифракционная решетка, имеющая форму прямоугольника (в частности, квадрата); на фиг.2 - ее вид сверху; на фиг.3 - вариант устройства при количестве дифракционных решеток N=3; на фиг.4 - схема реализации эффекта расширения спектра диспергированных длин электромагнитных волн в коротковолновой его части.
Составная дифракционная решетка на фиг.1 содержит первую дифракционную решетку 1 прямоугольной формы площадью S и периодом А. На решетке 1 закреплена вторая дифракционная решетка 2, также имеющая прямоугольную форму, площадью Q и периодом В, через прозрачную для электромагнитных волн прокладку 3. В качестве материала прокладки 3 может служить стекло, полиимид, ситалл и тому подобные материалы, основной характеристикой которых является прозрачность для электромагнитных волн. Дифракционные решетки 1 и 2 могут быть выполнены, например, из фоточувствительного материала (фотопленки), на котором с помощью фотопроцесса сформированы топологические элементы дифракционной решетки. Другим вариантом исполнения дифракционных решеток может служить известная микроэлектронная технология - формирование топологических элементов на изолирующей подложке, прозрачной для электромагнитных волн. Металлом может служить медь, алюминий, золото и др. В качестве подложек применяют стекло, полиимил, ситалл, кремний и другие материалы.
Соотношение периода В второй решетки 2 и периода А первой решетки 1 удовлетворяет неравенству: В≤А/2.
Площадь Q второй дифракционной решетки 2 соотносится с площадью S первой решетки 1 как Q≤S/2.
Толщина С прозрачной для электромагнитных волн прокладки 3 между решетками 1 и 2 связана с периодом А первой решетки 1 следующим неравенством: С≥А/2.
Если толщина С=0, то эффект расширения частотного диапазона диспергированных электромагнитных волн также равен нулю, а при очень малых С, например, при С=0,1 А, эффект не превышает ошибки измерения.
Все указанные соотношения определены опытным путем, они обеспечивают достижение эффекта расширения частотного спектра диспергированных электромагнитных волн в его коротковолновой части.
В качестве варианта устройства на фиг.3 представлено количество решеток N-3. На первой решетке 1 размещена вторая решетка 2 через прозрачную для электромагнитных волн прокладку 3, а на решетке 2 закреплена третья решетка 4 через прозрачную для электромагнитных волн прокладку 5. Толщина прокладки 3 составляет С, а толщина прокладки 5 составляет D. Соотношение периода F решетки 4 и периода В дифракционной решетки 2 удовлетворяет неравенству: F≤В/2.
Толщина D прозрачной для электромагнитных волн прокладки 5 между решетками 2 и 4 связана с периодом В второй дифракционной решетки 2 следующим неравенством: D≥В/2.
Эти соотношения также определены опытным путем.
Аналогичным образом на третьей дифракционной решетке 4 может располагаться четвертая дифракционная решетка и т.д.
Реализация эффекта расширения спектра диспергированных длин электромагнитных волн в его коротковолновой части иллюстрируется фиг.4 и осуществляется в устройстве следующим образом.
λ
На составную дифракционную решетку падает поток электромагнитных волн , обладающий большим спектром длин волн и разными углами падения. На фиг.4 условно представлена одна электромагнитная волна λ с углом падения α. Эта волна проходит через первую и вторую решетки 1 и 2, прокладку 3, за счет эффекта дифракции отклоняется и выходит после решетки 2 с углом β, причем, β<α. Поэтому для входящей на первую дифракционную решетку 1 электромагнитной волны результирующий период будет равен А sin β, т.е. после прохождения обеих решеток и прокладки он уменьшается пропорционально sin β.
Например, при β=30° результирующий период будет равен A sin β=А/2.
Таким образом, при малых углах α и, соответственно, углах β, устройство, содержащее размещенные через прокладку 3 решетки 1 и 2, будет преобразовывать входящую электромагнитную волну более эффективно в коротковолновой части спектра.
Рассмотренный процесс может многократно повторяться и усиливаться при прохождении электромагнитной волны через многослойную составную дифракционную решетку (фиг.3).
Как известно, наиболее эффективно дифракционная решетка преобразует (отклоняет) электромагнитные волны с длиной волны, соизмеримой с ее периодом. В этом случае максимально различаются отдельные интерференционные максимумы электромагнитной волны. Этот процесс преобразования будет распространяться на всю площадь дифракционной решетки 1.
Устройство, помимо технического эффекта преобразования в широком частотном диапазоне электромагнитных волн, обладает дополнительным экономическим эффектом - более низкой стоимостью по сравнению с прототипом, т.к. наиболее дорогостоящими элементами подобных устройств являются дифракционные решетки с малым периодом.
Известно, что при уменьшении периода дифракционной решетки в десять раз, ее стоимость может увеличиться во много сотен раз. Поэтому в качестве части элементов составной дифракционной решетки лучше применять решетки с большой площадью и большим периодом, (например, дифракционные решетки с размерами 200×200 мм и периодом 20 мкм), что многократно снижает суммарную стоимость устройства при сохранении эффективного преобразования в широком диапазоне, особенно в его коротковолновой части.