Визначення періоду дифракційної ґрати. Формула дифракційної решітки

Для встановлення Електрозв'язокміж відправником (джерелом повідомлень) та одержувачем (приймачем повідомлень) служать: кінцеві апарати - передавальний та приймальний; канал зв'язку, утворений за допомогою однієї або декількох послідовно включених систем передачі; крім того, внаслідок наявності великої кількостікінцевих передавальних і приймальних апаратів та необхідності їх усіляких попарних з'єднань для організації безперервного (наскрізного) каналу між ними, використовується система комутаційних пристроїв, що складається з однієї або кількох комутаційних станцій та вузлів.

Кінцеві апарати.Кінцевий передавальний апарат служить для перетворення сигналу вихідної форми(звуків мови; знаків тексту телеграм; знаків, записаних у закодованому вигляді на перфострічці або якомусь іншому носії інформації; зображень об'єктів тощо) в електричний сигнал. У телефонному зв'язку та радіомовленні для електроакустичних перетворень застосовують мікрофон. У телеграфному зв'язку кодові комбінації символів тексту телеграм перетворюють на серії електричних імпульсів; таке перетворення здійснюється або безпосередньо (при використанні стартстопного телеграфного апарату ), або з попереднім записом знаків на перфострічку (при використанні трансмітера ). У факсимільному зв'язку перетворення світлового потокузмінної яскравості, відбитого від оригіналу, електричні імпульси виробляється факсимільним апаратом. Інформацію про розподіл світлотіней будь-якого об'єкта телевізійної передачі перетворять на відеосигнал за допомогою телевізійної передавальної камери (Телекамери).

Кінцевий приймальний апарат служить для приведення електричних сигналів до форми, зручної для їх сприйняття приймачем повідомлень. При Електрозв'язокбагатьох видів кінцеві апарати містять як передавальні, так і приймальні пристрої. Насамперед це стосується такої Електрозв'язокяка забезпечує двосторонній (зазвичай дуплексний; див. Дуплексний зв'язок ) обмін повідомленнями. Так, телефонний апарат, як правило, містить мікрофон і телефон, об'єднані в одному конструктивному вузлі - мікротелефонної трубки. У радіомовленні та телевізійному мовленні передавальні та приймальні кінцеві апарати розділені, причому сигнали від одного передавального пристрою приймаються відразу багатьма кінцевими апаратами. радіоприймачами і телевізорами.

Канал зв'язку; багатоканальні системи передачі. Канал зв'язку (канал електрозв'язку) - технічні пристрої та фізичне середовище, В яких електричні сигнали поширюються від передавача до приймача. Технічні пристрої ( модулятори, демодулятори, підсилювачі електричних коливань, кодуючі пристрої, дешифратори і т. д.) розміщують в кінцевих та проміжних пунктах ліній зв'язку (кабельних, радіорелейних тощо). Система передачі інформації - каналоутворююча апаратура та інші пристрої, що забезпечують у сукупності утворення безлічі каналів зв'язку в одній лінії зв'язку (Див. також Лінії зв'язку ущільнення ).

Використовувані в Електрозв'язокканали зв'язку поділяються на аналогові та дискретні. Аналогові канали служать передачі безперервних електричних сигналів (приклади таких сигналів: напруги і струми, що виходять при електроакустичних перетвореннях звуків мови, музики, при розгортці зображень). Можливість передачі через цей канал зв'язку безперервних сигналів від того чи іншого джерела обумовлена ​​насамперед такими характеристиками каналу, як смуга пропуску частот і допустима максимальна потужність сигналів, що передаються. Крім того, оскільки будь-який канал схильний різного родуперешкод (див. Перешкоди в провідного зв'язку, Перешкоди радіоприйому, Перешкодостійкість ), то він характеризується також мінімальною потужністю електричного сигналу, яка має в задане числоразів перевищувати потужність перешкод. Відношення максимальної потужності сигналів, що пропускаються каналом, до мінімальної називається динамічним діапазоном каналу зв'язку.

Дискретні канали служать передачі імпульсних сигналів. Такі канали зазвичай характеризуються швидкістю передачі (вимірюваної в біт) /сек) та вірністю передачі. Дискретні канали можуть бути використані для передачі аналогових сигналів і, навпаки, аналогові канали - для передачі імпульсних сигналів. І тому сигнали перетворюються; аналогові імпульсні за допомогою аналого-дискретних (цифрових) перетворювачів, а імпульсні аналогові за допомогою дискретно (цифро)-аналогових перетворювачів. на Мал. 1 показано можливі способипоєднання джерел аналогових та дискретних сигналів з аналоговими та дискретними каналами зв'язку.

Використовувані в Електрозв'язоксистеми передачі зазвичай забезпечують одночасну і незалежну передачу повідомлень від багатьох джерел до такої кількості приймачів. У таких системах багатоканального зв'язку загальна лінія зв'язку ущільнюється кількома десятками – кількома тисячами індивідуальних каналів. Найбільшого поширення(1978) отримали багатоканальні системи із частотним поділом аналогових каналів. При побудові таких систем передачі кожному каналу зв'язку відводиться певна ділянкаобласті частот у смузі пропускання лінійного тракту передачі, загального для всіх повідомлень, що передаються. Для перенесення спектру сигналу в ділянку, відведений йому в смузі частот групового тракту (частотного перетворення сигналу), використовують амплітудну або частотну модуляцію (Див. також Модуляція коливань ) груп "несучих" синусоїдальних струмів. При амплітудній модуляції (АМ) відповідно до повідомлення, що передається, змінюється амплітуда гармонійних коливаньструму несучої частоти. В результаті на виході модулюючого пристрою (модулятора) створюються коливання, у спектрі яких крім складової несучої частоти (несучої) є дві бічні смуги. Оскільки кожна з бічних смуг містить повну інформаціюпро вихідний (модулюючий) сигнал, то в лінію зв'язку пропускають тільки одну з них, а іншу і несучу пригнічують за допомогою смугово-пропускаючих електричних фільтрів або інших пристроїв (див. Односмугова модуляція, Односмуговий зв'язок ). При частотній модуляції (ЧМ) відповідно до повідомлення, що передається, змінюється несуча частота. Системи з ЧС мають більшу в порівнянні з системами з АМ завадостійкістю, проте ця перевага реалізується лише за досить великої девіації частоти, навіщо потрібна широка смуга частот. Тому, наприклад, у радіосистемах ЧС застосовують головним чином діапазоні метрових (і більш коротких) хвиль, де на кожен індивідуальний канал припадає смуга частот, в 10-15 разів більша, ніж у системах з АМ, що працюють на більш довгих хвилях. У радіорелейних лініях нерідко використовують поєднання АМ із ЧС; за допомогою АМ створюється деякий проміжний спектр, який потім перетворюється на лінійний діапазон частот за допомогою ЧС.

Для передачі повідомлень різного виду потрібні канали із певною шириною смуги пропускання. Характерна риса сучасної системипередачі - можливість організації в одній і тій же системі каналів, що застосовуються для різних видів Електрозв'язокПри цьому як стандартний канал використовується телефонний канал, званий каналом тональної частоти (ТЧ). Він займає смугу частот 300-3400 гц.Для спрощення фільтруючих пристроїв, що розділяють сусідні канали, канали ТЧ відокремлюються один від одного захисними частотними інтервалами і займають (з урахуванням цих інтервалів) смугу 4 кгц.Крім передачі сигналів мови, канали ТЧ використовуються також у факсимільному зв'язку, низькошвидкісній передачі даних (від 600 до 9600 біт/ сік) та деяких інших видах Електрозв'язокВраховуючи велику питому вагу каналів ТЧ у мережах Електрозв'язокїх приймають за основу при створенні як широкосмугових (> 4 кгц), так і вузькосмугових (< 4 кгц) каналів. Наприклад, у радіомовленні застосовується канал зі смугою, що втричі (іноді вчетверо) перевищує смугу каналу ТЧ; для високошвидкісної передачі між ЕОМ, передачі зображень газетних шпальт та інших. використовуються канали, в 12, 60 і навіть 300 разів ширші; сигнали програм телевізійного мовлення передаються через канали зі смугою, що у 1600 разів перевищує смугу каналу ТЧ (що становить приблизно 6 Мгц). На базі каналу ТЧ (за допомогою його вторинного ущільнення) створюються канали для телеграфування зі смугами пропускання 80, 160 або 320 гц,зі швидкостями передачі (відповідно) 50, 100 або 200 біт/ сік. Лінії радіорелейного зв'язку дозволяють створити 300, 720, 1920 каналів ТЧ (у кожній парі високочастотних стволів); лінії зв'язку через ШСЗ - від 400 до 1000 і більше (у кожній парі стволів). Дротові лінії зв'язку, що використовуються в системах передачі з частотним поділом каналів, характеризуються наступним числом каналів ТЧ: симетричні кабелі 60 (у розрахунку на дві пари проводів); коаксіальні кабелі - 1920, 3600 або 10800 (на кожну пару коаксіальних трубок). Можливе створення систем ще більшим числомканалів.

З метою збільшення дальності зв'язку за допомогою зменшення впливу шумів (накопичуваних у міру проходження сигналу в лінії) у провідних системах передачі з частотним поділом каналів використовують підсилювачі, загальні для всіх сигналів, що передаються в кожному лінійному тракті, і включаються на певній відстані один від одного. Відстань між підсилювачами залежить від кількості каналів: для потужних провідних систем (10 800 каналів) вона становить 1,5 км,для малопотужних (60 каналів) – 18 км.У системах радіорелейного зв'язку споруджують ретрансляційні станції в середньому на відстані 50 кмодна від одної.

Поряд із системами передачі з частотним поділом каналів з 70-х рр. 20 ст. почалося впровадження систем, в яких канали поділяються в часі на основі методів імпульсно-кодової модуляції (ІКМ), дельта-модуляції та ін. При ІКМ кожен з аналогових сигналів, що передаються, перетворюється на послідовність імпульсів, що утворюють певні кодові групи (див. Код, Кодування ). Для цього в сигналі через задані проміжки часу (рівні половині періоду, що відповідає максимальній частоті зміни сигналу), вирізаються вузькі імпульси ( Мал. 2 , а). Число, що характеризує висоту кожного вирізаного імпульсу, передається 8-значним кодом за час, що не перевищує протяжність (ширину) імпульсу ( Мал. 2 , б). У проміжках часу між передачею кодових груп даного повідомлення вільна лінія і може бути використана для передачі кодових груп інших повідомлень. На приймальному кінці лінії проводиться зворотне перетвореннякодових комбінацій у послідовність імпульсів різної висоти (Мал. 2 в), з яких з певним ступенем точності може бути відновлений вихідний аналоговий сигнал ( Мал. 2 , г). При дельта-модуляції аналоговий сигнал спочатку перетворюється на ступінчасту функцію ( Мал. 3 , а), причому у сходів на період, що відповідає максимальній частоті зміни сигналу, в різних системах становить 8-16. Попередність послідовність імпульсів, що передається в лінію, відображає хід ступінчастої функції у зміні знака похідної сигналу: зростаючі ділянки аналогової функції (характеризуються позитивною похідною) відображаються позитивними імпульсами, спадаючі ділянки (з негативною похідною) - негативними ( Мал. 3 , б). У проміжках між цими імпульсами розташовуються імпульси, утворені з інших сигналів. При прийомі імпульси кожного сигналу виділяються та інтегруються, в результаті із заданим ступенем точності відновлюється вихідний аналоговий сигнал ( Мал. 3 , в).

Канали ІКМ та дельта-модуляції (без кінцевих аналого-цифрових перетворюючих пристроїв) – дискретні та часто використовуються безпосередньо для передачі дискретних сигналів. Основною перевагою систем із тимчасовим поділом каналів є відсутність накопичення шумів у лінії; Спотворення форми сигналів при їх проходженні усувається за допомогою регенераторів, що встановлюються на певній відстані один від одного (аналогічно підсилювачам в системах з частотним поділом). Однак у системах з тимчасовим поділом існує шум «квантування», що виникає під час перетворення аналогового сигналуу послідовність кодових чисел, що характеризують цей сигнал лише з точністю до одиниці. Шум "квантування", на відміну від звичайного шуму, не накопичується в міру проходження сигналу в лінії.

До сер. 70-х pp. розроблено системи з ІКМ на 30, 120 та 480 каналів; перебувають у стадії розробки системи на кілька тисяч каналів. Розвиток систем передачі з поділом каналів у часі стимулюється тим, що в них широко використовують елементи та вузли ЕОМ, і це в кінцевому рахунку призводить до здешевлення таких систем, як у проводовому зв'язку, так і радіозв'язку. Дуже перспективні імпульсні системи передачі на основі хвилеводних і світловодних ліній зв'язку, що знаходяться в стадії розробки (число каналів ТЧ може досягати 10 5 в хвилеводній трубі діаметром приблизно 60 ммабо у парі скляних світловодних ниток діаметром 30-70 мкм).

Системи комутаційних пристроїв.Застосовувані в Електрозв'язоксистеми комутаційних пристроїв бувають двох типів: вузли та станції комутації каналів (КК), що дозволяють при кінцевому числіканалів створювати тимчасове пряме з'єднання через канал зв'язку будь-якого джерела з будь-яким приймачем (після закінчення переговорів з'єднання розривається, а канал, що звільнився, використовується для організації іншого з'єднання); вузли та станції комутації повідомлень (КС), які використовуються в Електрозв'язоктих видів, у яких допустима затримка (накопичення) повідомлень, що передаються в часі. Затримка буває необхідна при неможливості їх негайної передачі абоненту через відсутність у Наразівільного каналу чи зайнятості викликаної абонентської установки. Вузли та станції КК, що застосовуються в Електрозв'язокнайбільш масових видів - телефонної та телеграфної, - являють собою телефонні станції або телеграфні станції, а також телефонні або телеграфні вузли зв'язку, розміщені у певних пунктах телефонної мережі або телеграфної мережі. Станції і вузли КК різняться залежно від виконуваних ними функцій та його розташування у мережі. Наприклад, у телефонній мережі існують такі автоматичні телефонні станції (АТС), як сільські, міські, міжміські, а також різні вузли комутації: вузли автоматичної комутації, вузли вхідних і вихідних повідомлень та інші. Характерною особливістювузлів і те, що вони пов'язують між собою різні АТС. Будь-яка сучасна станція або вузол КК містить комплекс керуючих пристроїв, побудованих на базі електромеханічних або електронних приладів, та комутаційних пристроїв, які під впливом сигналів керування здійснюють з'єднання або роз'єднання відповідних каналів ( Мал. 4 ). У найбільш поширених (1978) системах КК пристрої керування будуються на основі електромеханічного реле, а комутаційні пристрої – на основі багаторазових координатних з'єднувачів. Такі станції та вузли називаються координатними.

Системи КС використовуються переважно в телеграфному зв'язку та при передачі даних. Додатково до керуючих і комутуючих пристроїв в системах КС є пристрої для накопичення сигналів, що передаються. У процесі проходження сигналів від передавача до приймача в системах КС здійснюються такі технологічні операції з повідомленнями, що накопичуються, як зміна порядку їх прямування до абонентів (з урахуванням можливих пріоритетів, тобто переважного права на передачу), прийом повідомлень по каналу одного типу (що характеризується однією швидкістю передачі), а передача - каналом іншого типу (з ін. швидкістю) і ряд додаткових операцій відповідно до заданого алгоритму роботи. У деяких випадках можуть створюватися комбіновані вузли КС та КК, що дозволяють забезпечити найбільш сприятливі режими передачі повідомлень та використання мереж Електрозв'язок

Для розвитку сучасних комутаційних станцій та вузлів характерні тенденції використання у комутаційних пристроях швидкодіючих мініатюрних герметизованих контактів (наприклад, герконів ) для реалізації сполук, а управління процесами сполук - спеціалізованих ЕОМ. Комутаційні станції та вузли такого типу отримали назву квазіелектронних. Введення ЕОМ дозволяє надавати абонентам додаткові послуги: можливість застосування скороченого (з меншою кількістю знаків) набору номерів найчастіше викликаних абонентів; встановлення апаратів на «очікування», якщо номер абонента зайнятий; перемикання з'єднання з одного апарату на інший і т. д. З використанням систем передачі з тимчасовим поділом каналів намічається можливість переходу до суто електронних (без механічних контактів) станцій та вузлів комутації. У таких системах комутуються безпосередньо дискретні канали (без перетворення дискретних сигналів аналогові). В результаті відбувається об'єднання (інтеграція) процесів передачі та комутації, що є передумовою до створення інтегральної мережі зв'язку, в якій повідомлення всіх видів передаються та комутуються єдиними методами. У СРСР Електрозв'язокрозвивається в рамках розробленої та планомірно впроваджуваної Єдиної автоматизованої мережі зв'язку (ЕЛСС). ЄАСС є комплексом технічних засобів зв'язку, що взаємодіють за допомогою використання загальної - «первинної» - мережі каналів, на основі якої за допомогою комутаційних станцій і вузлів і кінцевих апаратів створюються різні «вторинні» мережі, що забезпечують організацію Електрозв'язоквсіх видів.

Літ.:Чистяков Н. І., Хлитчієв С. М., Малочинський О. М., Радіозв'язок і мовлення, 2 видавництва, М., 1968; Багатоканальний зв'язок, За ред. І. А. Аболіця, М., 1971; Автоматична комутація та телефонія, під ред. Р. Би. Метельського, ч. 1-2, М., 1968-69; Ємельянов Р. А., Шварцман Ст О., Передача дискретної інформації та основи телеграфії, М., 1973; Румпф К. Г., Барабани, телефон, транзистори, пров. з ньому., М., 1974; Лівшиць Би. С., Мамонтова Н. П., Розвиток систем автоматичної комутації каналів, М., 1976: Давидов Р. Би., Рогінекий Ст Н., Толчан А. Я., Мережі електрозв'язку, М., 1977; Давидов Г. Б., Електрозв'язок та науково-технічний прогрес, М., 1978.

1, 2, ... Nn - канали або абонентські лінії; СК-станційні комплекти для забезпечення функціонування кінцевих апаратів (живлення мікрофонів, посилка адресної інформації та ін.): ШК - шнурові комплекти."
Мал. 4. Структурна схемакомутаційної станції (вузла): ЛК - лінійні комплекти для сполучення каналів та пристроїв керування; M1, М2, ...Мn, 1, 2, ...Nn - канали або абонентські лінії; СК-станційні комплекти для забезпечення функціонування кінцевих апаратів (живлення мікрофонів, посилка адресної інформації та ін.): ШК – шнурові комплекти.

Стаття про слово Електрозв'язоку Великій Радянської Енциклопедіїбула прочитана 8763 разів

Дифракційні грати-оптичний пристрій, що являє собою сукупність великої кількостіпаралельних, зазвичай рівних один від одного щілин. Дифракційні грати можна отримати нанесенням непрозорих подряпин (штрихів) на скляну пластину. Непроцарапанные місця – щілини – пропускатимуть світло, штрихи – розсіювати і пропускати (рис. 3).

Мал. 3. Перетин дифракційної решітки (а) та її графічне зображення(б)

Для виведення формули розглянемо дифракційні ґрати за умови перпендикулярного падіння світла (рис. 4). Виберемо два паралельні промені, що пройшли дві щілини і направлені під кутом φ до нормалі.

За допомогою лінзи (очі), що збирає, ці два промені потраплять в одну точку фокальної площини Р і результат їх інтерференції залежатиме від різниці фаз або від їх різниці ходу. Якщо лінза стоїть перпендикулярно до променів, то різниця ходу визначатиметься відрізком ВС, де АС – перпендикуляр до променів А та В. У трикутнику АВС маємо: АВ = а + b = d – період решітки, ВАС = φ, як кути із взаємно перпендикулярними сторонами.

З формул (8) та (9) отримаємо формулу дифракційної решітки:

Мал. 4. Дифракція світла на дифракційній решітці

Тобто. положення світлової лінії в дифракційному спектрі не залежить від речовини решітки, а визначається періодом решітки, що дорівнює сумі ширини щілини та проміжку між щілинами.

Роздільна здатність дифракційної решітки.

Якщо світло, що падає на дифракційну решітку поліхроматичну, тобто. складається з декількох довжин хвиль, то в спектрі максимуми окремих  будуть під різними кутами. Характеризувати дозвіл можна кутовий дисперсією:

Отже, кутова дисперсія тим більша, чим більший порядок спектру k.

ІІ. Робота студентів під час практичного заняття.

Завдання 1.

Отримати допуск до заняття. Для цього необхідно:

– мати конспект у робочого зошита, що містить назву роботи, основні теоретичні поняття теми, що вивчається, завдання експерименту, таблицю за зразком для внесення експериментальних результатів;

– успішно пройти контроль за методикою проведення експерименту;

– одержати у викладача дозвіл виконувати експериментальну частину роботи.

Завдання 2.

Виконання лабораторної роботи, обговорення одержаних результатів, оформлення конспекту.

Прилади та приладдя

1. Дифракційні грати.

2. Джерело світла.

4. Лінійка.

У цій лабораторної роботипропонується визначити довжини хвиль для червоного та зеленого кольорів, які виходять при проходженні світла через дифракційну решітку. У цьому екрані спостерігається дифракційний спектр. Дифракційна решітка складається з великої кількості паралельних щілин, дуже малих у порівнянні з довжиною хвилі. Щілини дозволяють проходити світлу, тоді як простір між щілинами непрозорий. Загальна кількість щілин – N, з відстанню між їхніми центрами – d. Формула дифракційної решітки:

де d – період ґрат; sin φ – синус кута відхилення від прямолінійного поширення світла; k – порядок максимуму; λ – довжина хвилі світла.

Експериментальна установка складається з дифракційної решітки, джерела світла та рухомого екрану з лінійкою. На екрані спостерігається спектр дифракції (рис. 5).

Відстань від дифракційної решітки до екрана L може змінюватись переміщенням екрана. Відстань від центрального променя світла окремої лінії спектру l. При малих кутах?

Дифракційні грати

Дуже велика відбивна дифракційна решітка.

Дифракційні грати - оптичний прилад, що працює за принципом дифракції світла, є сукупністю великої кількості регулярно розташованих штрихів (щілин, виступів), нанесених на деяку поверхню. Перший опис явища зробив Джеймс Грегорі, який використовував як грати пташине пір'я.

Види ґрат

• Відбивні: Штрихи нанесені на дзеркальну (металеву) поверхню, і спостереження ведеться у відбитому світлі.
• Прозорі: Штрихи нанесені на прозору поверхню (або вирізаються у вигляді щілин на непрозорому екрані), спостереження ведеться в світлі, що проходить.

Опис явища

Так виглядає світло лампи розжарювання ліхтарика, що пройшов через прозорі дифракційні грати. Нульовий максимум ( m=0) відповідає світла, що пройшов крізь ґрати без відхилень. В силу дисперсії ґрат у першому ( m=±1) максимум можна спостерігати розкладання світла в спектр . Кут відхилення зростає із зростанням довжини хвилі (від фіолетового кольорудо червоного)

Фронт світлової хвилі розбивається штрихами ґрат на окремі пучки когерентного світла. Ці пучки зазнають дифракції на штрихах та інтерферують один з одним. Оскільки кожної довжини хвилі існує свій кут дифракції, то білий світрозкладається у спектр.

Формули

Відстань, через яку повторюються штрихи на ґратах, називають періодом дифракційної ґрат. Позначають буквою d.

Якщо відоме число штрихів ( N), що припадають на 1 мм решітки, то період ґратзнаходять за формулою: 0,001 / N

Формула дифракційної решітки:

Характеристики

Однією з характеристик дифракційної ґрат є кутова дисперсія. Припустимо, що максимум якогось порядку спостерігається під кутом для довжини хвилі λ і під кутом φ+Δφ - для довжини хвилі λ+Δλ. Кутовою дисперсією ґрат називається відношення D=Δφ/Δλ. Вираз для D можна отримати, якщо продиференціювати формулу дифракційної решітки

Таким чином, кутова дисперсія збільшується із зменшенням періоду ґрат dта зростанням порядку спектру k.

Виготовлення

Хороші ґрати вимагають дуже високої точності виготовлення. Якщо хоч одна щілина з множини буде нанесена з помилкою, то грати будуть браковані. Машина для виготовлення ґрат міцно і глибоко вбудовується в спеціальний фундамент. Перед початком безпосереднього виготовлення грат машина працює 5-20 годин на холостому ходу для стабілізації всіх своїх вузлів. Нарізання грат триває до 7 діб, хоча час нанесення штриха становить 2-3 секунди.

Застосування

Дифракційні грати застосовують у спектральних приладах, також як оптичні датчики лінійних і кутових переміщень (вимірювальні дифракційні грати), поляризаторів і фільтрів інфрачервоного випромінюваннядільників пучків в інтерферометрах і так званих "антиблікових" окулярах.

Література

• Сивухін Д. В. Загальний курсфізики. - Видання 3-тє, стереотипне. - М.: Фізматліт, МФТІ, 2002. - Т. IV. Оптика. – 792 с. - ISBN 5-9221-0228-1
• Тарасов К. І., Спектральні прилади, 1968

Див. також

• Фур'є-оптика

Wikimedia Foundation. 2010 .

Дивитись що таке "Дифракційні грати" в інших словниках:

Оптичний прилад; сукупність великої кількості паралельних щілин у непрозорому екрані або дзеркальних смужок (штрихів), що відображають, рівновіддалених один від одного, на яких відбувається дифракція світла. Дифракційні грати розкладають… … Великий Енциклопедичний словник

Дифракційна решітка, пластина з нанесеними на неї паралельними лініямина рівному відстаніодин від одного (до 1500 на 1 мм), який служить для отримання СПЕКТРІВ при ДИФРАКЦІЇ світла. Трансмісійні грати прозорі та розкреслюються на … Науково-технічний енциклопедичний словник

дифракційні грати - Дзеркальна поверхняз нанесеними на неї мікроскопічними паралельними лініями, прилад, що розділяє (подібно до призми), що падає на нього світло на складові кольори видимого спектру. Тематики інформаційні технологіїу …

дифракційні грати- difrakcinė gardelė statusas T sritis standartizacija ir metrologija apibrėžtis optinis periodinės sandaros įtaisas difrakciniams spektrams gauti. atitikmenys: англ. diffraction grating vok. Beugungsgitter, n; Diffraktionsgitter, n rus.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

Оптичний прилад, сукупність великої кількості паралельних щілин у непрозорому екрані або дзеркальних штрихів (смужок), що відбивають, рівновіддалених один від одного, на яких відбувається дифракція світла. Д.Р. розкладає падаюче на неї світло в ... Астрономічний словник

дифракційні грати (в оптичних лініях зв'язку)- дифракційні грати Оптичний елемент з періодичною структурою, що відображає (або пропускає) світло під одним або декількома різними кутами, що залежать від довжини хвилі. Основу становлять зміни показника, що періодично повторюються. Довідник технічного перекладача

увігнуті спектральні дифракційні грати- Спектральні дифракційні грати, виготовлені на увігнутій оптичній поверхні. Примітка Увігнуті спектральні дифракційні грати бувають сферичними та асферичними. [ГОСТ 27176 86] Тематики оптика, оптичні прилади та вимірювання … Довідник технічного перекладача

голограмні спектральні дифракційні грати- Спектральні дифракційні грати, виготовлення реєстрацією на чутливому до випромінювання матеріалу інтерференційної картини від двох і більше когерентних пучків. [ГОСТ 27176 86] Тематики оптика, оптичні прилади та вимірювання … Довідник технічного перекладача

Дифракційні грати

Дифракцієюназивається будь-яке відхилення поширення світла від прямолінійного, не пов'язане з відображенням та заломленням.Якісний метод розрахунку дифракційної картинизапропонував Френель. Основною ідеєю методу є принцип Гюйгенса - Френеля:

Кожна точка, до якої доходить хвиля, є джерелом когерентних вторинних хвиль, а подальше поширення хвилі визначається інтерференцією вторинних хвиль.

Геометричне місце точок, для яких коливання мають однакові фази, називають хвильовою поверхнею . Хвильовий фронт також хвильової поверхнею.

Дифракційні гратиявляє собою сукупність великої кількості паралельних щілин або дзеркал однакової ширини та віддалених один від одного на однаковій відстані. Періодом решітки ( d) називається відстань між серединами сусідніх щілин, або що ж сума ширини щілини (а) і непрозорого проміжку (b) між ними (d = a + b).

Розглянемо принцип дії дифракційних ґрат. Нехай на решітку нормально до поверхні падає паралельний пучок променів білого світла (рис. 1). На щілинах решітки, ширина яких можна порівняти з довжиною хвилі світла, відбувається дифракція.

В результаті за дифракційними ґратами згідно з принципом Гюйгенса-Френеля від кожної точки щілини світлові променібудуть поширюватися у всіх можливих напрямках, яким можна зіставити кути відхилення φ світлових променів ( кути дифракції) від початкового напряму. Паралельні між собою промені (дифрагіруючі під однаковим кутом φ ) можна сфокусувати, встановивши за ґратами лінзу, що збирає. Кожен пучок паралельних променів збереться у задній фокальній площині лінзи у певній точці А. Паралельні промені, що відповідають іншим кутам дифракції, зберуться в інших точках фокальної площини лінзи. У цих точках спостерігатиметься інтерференція світлових хвиль, що походять від різних щілин решітки. Якщо оптична різниця ходу між відповідними променями монохроматичного світладорівнюватиме цілому числу довжин хвиль , κ = 0, ±1, ±2, …, то в точці накладання променів спостерігатиметься максимум інтенсивності світла для даної довжини хвилі, З малюнка 1 видно, що оптична різниця ходу між двома паралельними променями, що виходять з відповідних точоксусідніх щілин, рівна

де φ – кут відхилення променя ґратами.

Отже, умова виникнення головних інтерференційних максимумівграти або рівняння дифракційної решітки

, (2)

де λ – довжина світлової хвилі.

У фокальній площині лінзи для променів, що не зазнали дифракції, спостерігається центральний білий максимум нульового порядку ( φ = 0, κ = 0), праворуч і ліворуч від якого розташовуються кольорові максимуми (спектральні лінії) першого, другого та наступних порядків (рис. 1). Інтенсивність максимумів зменшується зі зростанням їхнього порядку, тобто. із збільшенням кута дифракції.

Однією з основних характеристик дифракційних ґрат є її кутова дисперсія. Кутова дисперсіяґрати визначає кутову відстань dφміж напрямками для двох спектральних ліній, що відрізняються за довжиною хвилі на 1 нм ( = 1 нм), та характеризує ступінь розтягнутості спектру поблизу даної довжини хвилі:

Формула для розрахунку кутової дисперсії решітки може бути отримана при диференціюванні рівняння (2) . Тоді

. (5)

З формули (5) випливає, що кутова дисперсія решітки тим більше, чим більший порядок спектру.

Для грат з різними періодамиширина спектра більша у решітки, що характеризується меншим періодом. Зазвичай, у межах одного порядку змінюється незначно (особливо для решіток з невеликим числом штрихів на міліметр), тому дисперсія в межах одного порядку майже не змінюється. Спектр, отриманий при постійній дисперсії, рівномірно розтягнутий у всій області довжин хвиль, що вигідно відрізняє спектр решітки від спектра, що дається призмою.

Кутова дисперсія пов'язана з лінійною дисперсією. Лінійну дисперсію можна також обчислити за формулою

, (6) де – лінійна відстань на екрані або фотопластинці між спектральними лініями, f- Фокусна відстань лінзи.

Дифракційні грати також характеризуються роздільною здатністю. Ця величина, що характеризує здатність дифракційної решітки давати роздільне зображення двох близьких спектральних ліній

R = , (7)

де l – Середня довжинахвилі спектральних ліній; dl – різниця довжин хвиль двох сусідніх спектральних ліній.

Залежність роздільної здатності від числа щілин дифракційної решітки Nвизначається формулою

R = = kN, (8)

де k- Порядок спектру.

З рівняння для дифракційної решітки (1) можна зробити такі висновки:

1. Дифракційна решітка даватиме помітну дифракцію (значні кути дифракції) тільки в тому випадку, коли період решітки можна порівняти з довжиною світлової хвилі, тобто d»l» 10 -4 см. Ґрати з періодом менше довжини хвилі не дають дифракційних максимумів.

2. Положення основних максимумів дифракційної картини залежить від довжини хвилі. Спектральні складові випромінювання немонохроматичного пучка відхиляються гратами на різні кути ( дифракційний спектр). Це дозволяє використовувати дифракційну решітку як спектральний прилад.

3. Максимальний порядокспектра, при нормальному падінні світла на дифракційні ґрати, визначається співвідношенням:

k max £ d¤l.

Дифракційні грати, що використовуються в різних областяхспектра, відрізняються розмірами, формою, матеріалом поверхні, профілем і частотою штрихів, що дозволяє перекрити область спектру від ультрафіолетової частини (l » 100 нм) до інфрачервоної (l » 1 мкм). Широко використовуються в спектральних приладах гравіровані решітки (репліки), які є відбитками грат на спеціальних пластмасах з наступним нанесенням металевого відбивного шару.

дифракційні грати картинка вікі, дифракційні грати
- оптичний прилад, дія якого ґрунтується на використанні явища дифракції світла. Є сукупністю великої кількості регулярно розташованих штрихів (щілин, виступів), нанесених на деяку поверхню. Перший опис явища зробив Джеймс Грегорі, який використовував як грати пташине пір'я.

• 1 Види ґрат
• 2 Опис явища
• 3 Формули
• 4 Характеристики
• 5 Виготовлення
• 6 Застосування
• 7 Приклади
• 8 Див.
• 9 Література

Види ґрат

• Штрихи нанесені на дзеркальну (металеву) поверхню, і спостереження ведеться у відбитому світлі
• Прозорі: Штрихи нанесені на прозору поверхню (або вирізаються у вигляді щілин на непрозорому екрані), спостереження ведеться у світлі, що проходить.

Опис явища

Фронт світлової хвилі розбивається штрихами ґрат на окремі пучки когерентного світла. Ці пучки зазнають дифракції на штрихах та інтерферують один з одним. Так як для різних довжин хвиль максимуми інтерференції виявляються під різними кутами (визначаються різницею ходу променів, що інтерферують), то біле світло розкладається в спектр.

Формули

Відстань, через яку повторюються штрихи на ґратах, називають періодом дифракційної ґрат. Позначають літерою d.

Якщо відоме число штрихів (), що припадають на 1 мм решітки, період решітки знаходять за формулою: мм.

Умови інтерференційних максимумів дифракційних ґрат, що спостерігаються під певними кутами, мають вигляд:

Період ґрат, - кут максимуму даного кольору, - порядок максимуму, тобто порядковий номермаксимуму, відрахований від центру картинки, – довжина хвилі.

Якщо ж світло падає на ґрати під кутом, то:

Характеристики

Однією з характеристик дифракційної ґрат є кутова дисперсія. Припустимо, що максимум якогось порядку спостерігається під кутом для довжини хвилі λ і під кутом φ+Δφ - для довжини хвилі λ+Δλ. Кутовою дисперсією ґрат називається відношення D=Δφ/Δλ. Вираз для D можна отримати, якщо продиференціювати формулу дифракційної решітки

Таким чином, кутова дисперсія збільшується із зменшенням періоду ґрат d і зростанням порядку спектру k.

Виготовлення

Хороші ґрати вимагають дуже високої точності виготовлення. Якщо хоч одна щілина з множини буде нанесена з помилкою, то грати будуть браковані. Машина для виготовлення ґрат міцно і глибоко вбудовується в спеціальний фундамент. Перед початком безпосереднього виготовлення грат машина працює 5-20 годин на холостому ходу для стабілізації всіх своїх вузлів. Нарізання грат триває до 7 діб, хоча час нанесення штриха становить 2-3 секунди.

Застосування

Дифракційні грати застосовують у спектральних приладах, також як оптичні датчики лінійних і кутових переміщень (вимірювальні дифракційні грати), поляризаторів і фільтрів інфрачервоного випромінювання, дільників пучків в інтерферометрах і так званих «антиблікових» окулярах.

Приклади

Один з найпростіших і найпоширеніших у побуті прикладів відбивних дифракційних ґрат - компакт-диск або DVD. На поверхні компакт-диска – доріжка у вигляді спіралі з кроком 1,6 мкм між витками. Приблизно третина ширини (0,5 мкм) цієї доріжки зайнята поглибленням (це записані дані), що розсіює світло, що падає на нього, приблизно дві третини (1,1 мкм) - незаймана підкладка, що відображає світло. Таким чином, компакт-диск - відбивна дифракційна решітка з періодом 1,6 мкм.

Див. також

• Дифракція на N-щілинах
• Дифракція Фраунгофера
• Дифракція Френеля
• Інтерференція
• Фур'є-оптика
• Оптичні грати

Література

• Ландсберг Г. С. Оптика, 1976
• Сівухін Д. В. Загальний курс фізики. – М.. – Т. IV. Оптика.
• Тарасов К. І. Спектральні прилади, 1968

дифракційні грати, дифракційні грати картинка, дифракційні грати картинка вікі

Дифракційні грати Інформація Про