回折格子とは何ですか？

回折格子

回折格子は規則的なパターンを持つ光学部品で、光を分割して回折し、異なる方向に進む複数のビームにします。現れる色は構造色の一種です。これらのビームの方向は格子の間隔と光の波長によって決まり、格子は分散要素として機能します。回折格子は、光スペクトルの分析のためにモノクロメータや分光計でよく使用されます。

工事

回折格子は、透過格子または反射格子のいずれかです。透過格子は光を通過させますが、反射格子は光を反射します。これらは、通常、金属などの反射材料の表面にエッチングまたは刻印されたり、ガラス基板にコーティングされたりした、多数の平行で密集したスリットまたは溝で構成されています。

動作原理

回折格子の原理はホイヘンス・フレネルの原理に基づいており、波面上の各点が二次ウェーブレットを生成します。波が格子を通過すると、これらのウェーブレットは建設的または破壊的に干渉し、明るい縞と暗い縞の干渉パターンを生成します。建設的干渉（明るい縞）の条件は、格子方程式によって与えられます。
mλ = d(sin i + sin r)
ここで、 mは回折次数、 λは光の波長、 dは格子間隔 (隣接する溝間の距離)、 iとr はそれぞれ入射角と回折角です。

アプリケーション

• 分光法: 回折格子は多くの分光計の主要コンポーネントであり、異なる波長を分離して光のスペクトル内容を分析するために使用されます。
• 電気通信: 光ファイバー通信では、グレーティングは調整可能なフィルタや分散補償器として使用できます。
• レーザー設計: 特定のレーザー モードを選択し、レーザーの波長を調整するために、レーザー共振器でグレ​​ーティングが使用されます。
• 天文学: 大型の回折格子は、スペクトル線を介して星や銀河の化学組成を研究するために望遠鏡で使用されます。
• 光学計測: 格子ベースのシステムは、歪みや変位などのさまざまな物理的特性の精密測定に使用されます。

回折格子の種類

回折格子には、次のようなさまざまなタイプがあります。

• ルールドグレーティング:ダイヤモンドツールを使用して、反射コーティング上に間隔をあけた溝を物理的にエッチングして作られます。
• ホログラフィック グレーティング:レーザー光の干渉パターンをフォトレジスト材料に記録することによって作成され、ルール グレーティングに比べて迷光が少なくなります。
• 体積格子:ブラッグ格子とも呼ばれ、透明な材料の体積内に形成され、通常は光通信のフィルタリング機能に使用されます。
• 透過型格子:光を通過させる格子で、反射光を使用するのが現実的でない場合に使用されます。
• エシェル格子:ブレーズ溝が特徴で、高回折次数の光を分散するように設計されており、高解像度の分光法に役立ちます。

課題

回折格子は非常に有用ですが、位置合わせに対する感度、単一の格子のスペクトル範囲の制限、時間の経過とともに格子表面が劣化する可能性があり、これが性能に影響を与えるなどの課題に直面しています。