Волновая оптика - Калитеевский Н.И.
ISBN 5-06-003083-0
Скачать (прямая ссылка):
299
туру штрихов определенной формы". Ограничимся тем, что приведем графики, иллюстрирующие результаты таких подсчетов для двух решеток с различной формой штрихов (рис.6.40). В одном случае при некотором угле падения удается сконцентрировать все излучение в спектре одного порядка (в частности,
как показано на рис. 6.40,а, в первом порядке). При другой
форме штриха (прямоугольный профиль) получается более сложное распределение потока энергии по главным максимумам (рис.
6.40,6). Как в том, так и в другом случаях соотношение
1т ~ 1/т2 ни в коей мере не справедливо.
Отражательные решетки ступенчатого профиля (рис. 6 .39,6) часто называют концентрирующими или блестящими. Это связано с тем, что для отражательной решетки максимальная интенсивность дифрагировавшего света наблюдается в направлении
луча, зеркально отраженного от одной из плоскостей штриха. Это значит, что при угле падения © максимум дифрагировавшего света наблюдается под углом Ф, который определяется условием ср = © + + 2е, где s — угол наклона исследуемой грани штриха к поверхности решетки (рис.6.41).
Рассмотрим, как преобразуется в этом случае условие (6.52) возникновения главного максимума. Наиболее простые соотношения получают для достаточно малых углов ср и © в часто используемом на практике случае, когда дифрагировавшая волна распространяется навстречу падающей (автокол-лимационная установка решетки).
Тогда условие (Ь. Ь2) принимает вид
2dsins = mk. (6.55)
Пользуясь им, можно определить тот порядок дифракционного спектра, в котором должна наблюдаться максимальная интенсивность излучения исследуемой волны Kq:
т = 2dsine/A.o. (6.56)
С удовлетворительным приближением можно считать, что распределение интенсивности по главным максимумам как бы сдвинется относительно прежнего, для которого функция (sinи/и)2 имела максимальное значение при т = 0. Так, например, при значении s, удовлетворяющем условию 2dsinsAo = 3, макси-
См.: Зоммерфельд А. Оптика. М., 1993. § 36.
6.41. Схема, поясняющая понятие «угла блеска» в отражательной решетке с профилированным штрихом
Пунктиром показана поверхность решетки, относительно которой и отсчитывается угол падения 0
зоо
мальная интенсивность излучения длины волны А.о наблюдается в третьем порядке (т = 3), где интенсивность света, дифрагировавшего на амплитудной решетке при соотношении d/b = 3 была бы равна нулю. На рис. 6.42 показано такое распределение интенсивности .
I, У - 2 ’ •-S.1 \
/ / А к
\ \ \ \ \ Гч ч ЛлдлЛ ч. ЛллллАлл*-^ _
о
6.42. Сдвиг определения интенсивности, создаваемого дифракционной решеткой с профилированным штрихом (штрихпунктирная кривая), по сравнению с распределением при дифракции на амплитудной решетке (пунктирная кривая)
В настоящее время для изучения спектров в ультрафиолетовой и видимой областях используют решетки с очень большим числом штрихов на единицу длины (300, 600, 1200, 1800 и даже 2400 штрихов на 1 мм). Очевидно, что изготовление таких решеток с заданным профилем штрихов при очень высоких требованиях к точности их относительного расположения — задача чрезвычайной трудности; это, пожалуй, предел точности механической обработки, достигаемой в настоящее время.
Современные делительные машины представляют собой сложнейшие устройства, а управление ими — весьма своеобразная техническая задача, рассмотрение которой в рамках настоящей книги невозможно. Мы ограничимся лишь характеристикой некоторых физических методов, применяемых при изготовлении и испытании дифракционных решеток.
Для управления делительной машиной, контроля и исправления ошибок в процессе нарезки решетки используют явление интерференции. Один из вариантов этого метода основан на том, что перемещение дифракционной решетки в процессе ее изготовления непрерывно измеряется автоматическим устройством, в котором датчиком линейного перемещения служит специальный интерферометр, состоящий из нарезаемой и эталонной решеток . Далее действует сложная схема обратной связи, позволяющая регулировать перемещение нарезаемой решетки, на которую алмазным резцом наносят штрихи вполне определенного профиля (рис. 6.43). Применение интерференционного метода позволило практически исключить различные ошибки, служащие причиной возникновения ложных линий (духов) в спектре дифракционных решеток.
301
Наиболее интересен интерференционный метод исследования дифракционных решеток, сыгравший существенную роль в развитии работ в этой области. Сущность метода заключается в том, что плоская волна сравнивается с волной, дифрагировавшей на решетке. Для этого одно из зеркал в интерферометре Майкельсона заменяется отражательной дифракционной решеткой, а наблюдение ведется в параллельном пучке монохроматического света. Интерференционная картина подобна полосам равной толщины, однако в данном случае вид интерференционных полос определяется не только юстировкой и отклонением от плоскости зеркал интерферометра, но и погрешностями в расположении штрихов решетки.
На рис. 6.44 приведены интерферограммы, иллюстрирующие некоторые типичные ошибки деления. Резкий излом полос (а) свидетельствует о различном значении постоянной решетки d справа и слева от излома. Интерферограмма б указывает на наличие у решетки существенных локальных ошибок. Интерферограмма в получена с решеткой, нарезание которой началось одновременно с пуском делительной машины, и показывает, что делительная машина некоторое время находилась в неустойчивом динамическом равновесии. Интерферограмма г получена с решеткой высокого качества — интерференционные полосы совершенно прямые.
