Характеристики дифракционной решетки

Качество дифракционной решетки характеризуется ее угловой дисперсией и разрешающей силой.

Угловая дисперсия. Основное назначение дифракционной решетки – установление длины волны исследуемого излучения, т.е. определение различия в длинах волн двух близких спектральных линий. Так как положение спектральных линий задается углом, определяющим направление лучей, целесообразно ввести угловую дисперсию D - угловое расстояние между двумя линиями, отличающимися по длине волны на 1 нм (рис.11),

.

Угловую дисперсию дифракционной решетки можно найти, взяв дифференциал от (3): d cos j dj = k d l, откуда

.

Чем меньше период решетки d и чем выше порядок спектра k, тем больше угловая дисперсия. В пределах небольших углов (cos j » 1) можно положить

D = k / d .

Возможность разрешения (т.е. раздельного восприятия) двух близких спектральных линий зависит не только от расстояния между ними, которое определяется дисперсией решетки D, но и от ширины спектрального максимума.

Если максимумы спектральных линий расположены настолько близко, а ширина максимумов так велика, что минимум между линиями исчезает (рис. 12, слева, сплошная кривая) или этот минимум есть, но интенсивность в промежутке между максимумами составляет более 80% от интенсивности максимума (рис. 12, справа, сплошная кривая), то оба максимума (l₁ и l₂ ) воспринимаются как один. Два близких максимума воспринимаются глазом раздельно, если интенсивность в промежутке между ними составляет не более 80% от интенсивности максимума. Согласно критерию Рэлея такое соотношение интенсивности имеет место, если середина одного максимума совпадает с краем другого.

Разрешающая сила. Разрешающей силой R решетки называется величина, обратная минимальной разности длин волн Dl взятой около некоторой длины волны l, разрешенных данной решеткой:

R = l / Dl .

Можно показать, что

R = k N

где N - общее число щелей решетки; k - порядок спектра.

Большая разрешающая сила решетки достигается за счет больших значений N.

Задание 1 Ознакомление с дифракционными картинами различных типов на установке РМС-2

Описание лабораторной установки.Внешний вид лабораторной установки приведен на рисунке 13. Источником света служит полупроводниковый (GaAs) лазер (λ = 623 нм). Параллельный световой пучок освещает фотолитографический тест-объект МОЛ-1, который представляет собой тонкий стеклянный диск с непрозрачным покрытием, на котором по кругу параллельно радиусу нанесены пары щелей с разными расстояниями между ними, одиночные щели разной ширины, круглые отверстия различных диаметров, а в центре – двумерная дифракционная решетка.