ডিফ্রাকশন গ্রেটিংস

অপটিক্যাল ডিসপারসিভ এলিমেন্ট · স্পেকট্রোস্কোপি · লেজার · টেলিকম · উত্স: ফটোনল্যাব

স্পেকট্রোমিটার, অন্যান্য বিশ্লেষণাত্মক যন্ত্র, টেলিকমিউনিকেশন এবং লেজার সিস্টেম সহ বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশনে ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিংগুলি হল মূল অপটিক্যাল উপাদান। একটি ঝাঁঝরিতে একটি মাইক্রোস্কোপিক পর্যায়ক্রমিক খাঁজ কাঠামো থাকে যা ঘটনার আলোকে বিভাজনের মাধ্যমে একাধিক মরীচি পথে বিভক্ত করে, যার ফলে বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের আলো বিভিন্ন দিকে প্রচারিত হয়। এটি একটি ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিংকে কার্যত একটি বিচ্ছুরিত প্রিজমের মতো করে, যদিও একটি প্রিজম তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে বিচ্ছুরণের পরিবর্তে তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্ভর প্রতিসরণ দ্বারা পৃথক করে (চিত্র 1)।

চিত্র 1. একটি বিচ্ছুরিত প্রিজম প্রতিসরণ (শীর্ষ) দ্বারা তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে পৃথক করে, যখন একটি বিচ্ছুরণ ঝাঁঝরি তার পৃষ্ঠের কাঠামোর (নীচের) কারণে বিচ্ছুরণ দ্বারা তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে পৃথক করে।

একটি ঝাঁঝরির উপর হালকা ঘটনাটি ঝাঁঝরি সমীকরণ অনুসারে বিভাজিত হয়:

এখানে,mএকটি পূর্ণসংখ্যা যা বিবর্তন (বা বর্ণালী) ক্রম বর্ণনা করে,λআলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য,dঝাঁঝরির উপর খাঁজের মধ্যে ব্যবধান, ঘটনা কোণ, এবং ঝাঁঝরি ছেড়ে আলোর বিচ্ছুরিত কোণ। বিভিন্ন বিচ্ছুরিত তরঙ্গফ্রন্টের গঠনমূলক হস্তক্ষেপ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পূর্ণসংখ্যা গুণে ঘটে, যে কারণে সমীকরণ (1) এ "m" প্রদর্শিত হয়।mবিবর্তন ক্রম সংজ্ঞায়িত করে:m= 1 কে বলা হয় প্রথম-ক্রম বিচ্ছুরণ,m= 2 হল দ্বিতীয়-ক্রমের বিবর্তন, এবং আরও অনেক কিছু (চিত্র 2)। যদিm= 0, আলো হয় সরাসরি ঝাঁঝরি থেকে প্রতিফলিত হয় বা এটির মাধ্যমে প্রেরণ করা হয়, এটি একটি প্রতিফলন বা ট্রান্সমিশন গ্রেটিং কিনা তার উপর নির্ভর করে; একে বলা হয় শূন্য-ক্রম বিবর্তন। একটি বিচ্ছুরিত প্রিজমের বিপরীতে, ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য সর্বদা সরাসরি প্রতিফলিত বা প্রেরিত আলোর কাছাকাছি থাকে-এই ক্ষেত্রে, 0ম ক্রম। বিভিন্ন অর্ডারের মধ্যে কিছু ওভারল্যাপ বিদ্যমান। সমস্ত কোণ ঝাঁঝরি স্বাভাবিক (ঝাঁঝরি থেকে লম্ব) থেকে পরিমাপ করা হয়।

চিত্র 2. কিছু আলো সরাসরি 0ম-ক্রম বিচ্ছুরণ হিসাবে প্রতিফলিত হয়, যখন আপতিত আলোর অন্যান্য অংশগুলি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর নির্ভর করে প্রথম-ক্রম কোণে বিচ্ছুরিত হয়। ছোট পরিমাণগুলি উচ্চতর-কোণ 2য়- এবং 3য়-ক্রম বিবর্তনে বিভক্ত।

একটি গ্রেটিং নির্বাচন করার সময় কি বিবেচনা করা উচিত

একটি ঝাঁঝরি নির্বাচন করার সময়, তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসীমা, ব্লেজ ওয়েভলেংথ (ডিফ্র্যাক্টেড স্পেকট্রামের সর্বোচ্চ দক্ষতার সাথে তরঙ্গদৈর্ঘ্য) এবং ব্লেজ অ্যাঙ্গেল উল্লেখ করা গুরুত্বপূর্ণ। ব্লেজ অ্যাঙ্গেল ব্লেজ তরঙ্গদৈর্ঘ্যের প্রথম-ক্রম বিচ্ছুরণ কোণকে বর্ণনা করে। এই কোণে, এবং সমীকরণে (1) সমান, এবং ঘটনা আলো যে দিক থেকে এসেছিল সেদিকে ফিরে বিচ্ছুরিত হয়। এই অবস্থাটিকে লিটরো কনফিগারেশনও বলা হয়। এই কোণের কাছাকাছি অপারেটিং সর্বোচ্চ দক্ষতা দেয়।

খাঁজ ঘনত্ব, বা খাঁজ ফ্রিকোয়েন্সি, সাধারণত নির্দিষ্ট করা হয়। এটি খাঁজ ব্যবধানের বিপরীতd. একটি অপটিক্যাল সিস্টেমের একটি মূল বৈশিষ্ট্য হল এর বিচ্ছুরণ, তবে এটি ঝাঁঝরির বৈশিষ্ট্য এবং কীভাবে ঝাঁঝরি ব্যবহার করা হয় তার উপর নির্ভর করে। অন্যান্য সিস্টেম বিশদ ছাড়া, একা একটি ঝাঁঝরিকে একটি নিয়ম বরাদ্দ করা যায় না যেমন "একটি নির্দিষ্ট ঘূর্ণন একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিচ্ছেদের সাথে মিলে যায়।" একটি ঝাঁঝরির সমাধান করার ক্ষমতাও নির্দিষ্ট করা যেতে পারে এবং এটি সিস্টেমের বর্ণালী রেজোলিউশনের সাথে সম্পর্কিত। যাইহোক, এই রেজোলিউশন ঝাঁঝরি এবং সিস্টেমের প্রবেশদ্বার এবং প্রস্থান স্লিট উভয়ের উপর নির্ভর করে। ঝাঁঝরি এর সমাধান ক্ষমতাRবর্ণালী ক্রম উপর নির্ভর করেmএবং আলোকসজ্জার অধীনে খাঁজের সংখ্যাN:

সাধারণত এত বেশি খাঁজ আলোকিত করা হয় যে প্রবেশদ্বার এবং প্রস্থান স্লিটগুলি-জালি না-সিস্টেম রেজোলিউশনকে সীমাবদ্ধ করে৷ অ্যাপ্লিকেশনে ব্যবহৃত সমস্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য জুড়ে বিচ্ছুরণ স্তর যাচাই করতে দক্ষতা বক্ররেখাও ব্যবহার করা যেতে পারে।

একটি ঝাঁঝরি অন্তত ঘটনা হালকা শঙ্কু বা মরীচি হিসাবে বড় হতে হবে; অন্যথায় প্রান্ত থেকে আলো হারিয়ে যাবে। অতএব, সিস্টেমের চারপাশে বাউন্সিং এবং মিথ্যা সংকেত তৈরি করা থেকে বিপথগামী আলো প্রতিরোধ করার জন্য একটি ঝাঁঝরি সবসময় আন্ডারফিল করা উচিত।

গ্রেটিং এর প্রকারভেদ

প্রতিফলন গ্রেটিং বনাম ট্রান্সমিশন গ্রেটিং

দুটি বিস্তৃত বিভাগ হল প্রতিফলন গ্রেটিং এবং ট্রান্সমিশন গ্রেটিং। চিত্র 1 এবং 2 প্রতিফলন গ্রেটিং দেখায়: মূলত মাইক্রোস্কোপিক খাঁজ সহ আয়না। সমস্ত বিচ্ছুরিত আদেশ বিভিন্ন কোণে ঝাঁঝরি থেকে প্রতিফলিত হয়। একটি ট্রান্সমিশন গ্রেটিং হল আণুবীক্ষণিক খাঁজ সহ একটি লেন্সের মতো: সমস্ত বিচ্ছুরিত আদেশ ঝাঁঝরির মধ্য দিয়ে যায়, কিন্তু সমীকরণ (1) এ দেওয়া কোণ দ্বারা অফসেট হয়।

শাসিত গ্রেটিংস বনাম হলোগ্রাফিক গ্রেটিং

উভয় প্রতিফলন এবং ট্রান্সমিশন গ্রেটিংকে আবার শাসিত গ্রেটিং এবং হলোগ্রাফিক গ্রেটিং-এ বিভক্ত করা যেতে পারে, যেগুলি কীভাবে খাঁজ প্রোফাইল তৈরি করা হয় তার মধ্যে পার্থক্য। শাসিত গ্রেটিংগুলিতে, খাঁজগুলি যান্ত্রিকভাবে খোদাই করা হয় বা উপাদানগুলিতে কাটা হয়। হলোগ্রাফিক গ্রেটিংয়ে, খাঁজগুলি অপটিক্যালি চালু করা হয়: ফটোরেসিস্ট নামক একটি আলোক সংবেদনশীল উপাদান একটি সাবস্ট্রেটে জমা হয় এবং একটি অপটিক্যাল হস্তক্ষেপ প্যাটার্নের সংস্পর্শে আসে। অবশিষ্ট ফটোরেসিস্ট তারপর রাসায়নিকভাবে মুছে ফেলা হয়, গ্রেটিং প্যাটার্ন রেখে। শাসিত গ্রেটিংগুলিতে সাধারণত ত্রিভুজাকার খাঁজ থাকে (চিত্র 3), যখন হলোগ্রাফিক গ্রেটিংগুলিতে সাধারণত সাইনোসাইডাল খাঁজ থাকে (চিত্র 3 এবং 4)।

চিত্র 3. শাসিত বিচ্ছুরণ গ্রেটিংয়ে সাধারণত ত্রিভুজাকার খাঁজ থাকে। ঝাঁঝরির উপর তীর: আগুনের দিক।

চিত্র 4. হলোগ্রাফিক ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিংয়ে সাধারণত সাইনোসয়েডাল খাঁজ থাকে।

Echelle Gratings

একটি এচেল গ্রেটিং একটি বড় খাঁজ ব্যবধান বা সাধারণ ঝাঁঝরির তুলনায় কম খাঁজ ঘনত্ব দ্বারা চিহ্নিত করা হয়-সাধারণত প্রায় 10×, এবং কখনও কখনও 100× পর্যন্ত। আপতনের একটি উচ্চ কোণে একটি ইচেল গ্রেটিংকে আলোকিত করা ( ) উচ্চ বিচ্ছুরণ, উচ্চ রেজোলিউশন, এবং কম মেরুকরণ-নির্ভর দক্ষতা তৈরি করে। এই গ্রেটিংগুলি উচ্চ রেজোলিউশনের প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য উপযুক্ত, যেমন সংবেদনশীল জ্যোতির্বিদ্যার যন্ত্র এবং পারমাণবিক -স্তরের রেজোলিউশন অনুসরণকারী সিস্টেমগুলি৷

প্লেন গ্রেটিংস বনাম অবতল গ্রেটিংস

উপরের সমস্ত ঝাঁঝরির ধরনগুলিকে সমতল গ্রাটিং এবং অবতল গ্রেটিংগুলিতে ভাগ করা যেতে পারে, তাদের সামগ্রিক আকৃতি বর্ণনা করে। প্লেন গ্রেটিং সমতল এবং আরও সাধারণ। যদি খাঁজগুলি সোজা এবং সমানভাবে ব্যবধানে থাকে, ঝাঁঝরি সমতল হয়, এবং আপতিত আলো সংমিশ্রিত হয়, তবে সমস্ত বিচ্ছুরিত আলো সংমিশ্রিত থাকে। এটি অনেক অ্যাপ্লিকেশনে উপকারী কারণ সিস্টেমের ফোকাসিং বৈশিষ্ট্য তরঙ্গদৈর্ঘ্য থেকে স্বাধীন হয়ে যায়। অবতল gratings সঙ্গে তুলনা, সমতল gratings এছাড়াও সাধারণত সিস্টেম জটিলতা হ্রাস. অবতল গ্রেটিংগুলি বাঁকা হয়, তাই তারা হয় একত্রিত হয় বা আলো অপসারণ করে। এটি একটি সিস্টেমে অপটিক্যাল উপাদানের মোট সংখ্যা হ্রাস করার জন্য দরকারী, তবে ফোকাস করার বৈশিষ্ট্যগুলি তখন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর নির্ভর করে।

ঝাঁঝরি অ্যাপ্লিকেশন

একরঙা

ঘটনা আলো থেকে একটি সংকীর্ণ ব্যান্ড নির্বাচন করতে একটি একরঙা আয়না সহ একটি অবতল বা সমতল ঝাঁঝরি ব্যবহার করে। যদি একটি সাদা{1}}আলোর উৎস এমন একটি ডিভাইসে প্রবেশ করে, তবে এটি উদ্দেশ্যযুক্ত সংকীর্ণ আউটপুট ব্যান্ড ব্যতীত সমস্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে ফিল্টার করে। চিত্র 5 দেখায় যে কীভাবে একটি একরঙা ঝাঁঝরি ঘোরায় যাতে বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্য প্রস্থান স্লিটের মধ্য দিয়ে যায় যখন অন্যান্য সমস্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য ব্লক থাকে।

চিত্র 5. সমতল-গ্রেটিং মনোক্রোমেটর (শীর্ষ) এবং অবতল-গ্রেটিং মনোক্রোমেটর (নীচ) উভয়ই প্রস্থান স্লিট জুড়ে বিবর্তন আদেশ স্ক্যান করতে গ্রেটিংকে ঘোরায় এবং সঠিকভাবে নির্ধারণ করে যে কোন তরঙ্গদৈর্ঘ্য ডিভাইসটি ছেড়ে যেতে পারে।

স্পেকট্রোমিটার

একরঙার মতো, স্পেকট্রোমিটারগুলি ব্রডব্যান্ড উত্সের তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে পৃথক করে, তবে তাদের কোন চলমান অংশ নেই। পরিবর্তে, সমস্ত পৃথক তরঙ্গদৈর্ঘ্য একই সাথে একটি ডিটেক্টর অ্যারেতে চিত্রিত করা হয় (চিত্র 6)। প্রতিটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য পিক্সেলের একটি ভিন্ন সেটে চিত্রিত করা হয়, যা ডিভাইসটিকে ব্রডব্যান্ড উত্সে প্রতিটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের কতটা বিদ্যমান তা নির্ধারণ করতে দেয়। দ্রুত বর্ণালী বিশ্লেষণের প্রয়োজন হলে স্পেকট্রোমিটার সাধারণত ব্যবহার করা হয়, কারণ সময় বাঁচানোর জন্য একটি ডিটেক্টর জুড়ে তরঙ্গদৈর্ঘ্য স্ক্যান করার প্রয়োজন নেই।

চিত্র 6. সমতল-গ্রেটিং স্পেকট্রোমিটার (শীর্ষ) এবং অবতল-গ্রেটিং স্পেকট্রোমিটার (নীচে) উভয়ই একটি ডিটেক্টর অ্যারের বিভিন্ন পিক্সেলে ঘটনার তরঙ্গদৈর্ঘ্য আলাদা করতে একটি নির্দিষ্ট গ্রেটিং ব্যবহার করে।

লেজার টিউনিং

একটি লেজারের বর্ণালী আউটপুট টিউন করতে বা এর আউটপুট ব্যান্ডকে সংকীর্ণ করার জন্য একটি ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং ব্যবহার করার বিভিন্ন উপায় রয়েছে। ঝাঁঝরিটি ঘোরানো যেতে পারে যাতে শুধুমাত্র একটি নির্দিষ্ট বিচ্ছুরণ ক্রম লেজার ছেড়ে যায়; আউটপুট ব্যান্ড ফিল্টার করার জন্য একটি আয়না ঘোরার সময় ঝাঁঝরিটি স্থির থাকতে পারে; অথবা ঝাঁঝরি আউটপুট ব্যান্ড সংকীর্ণ করতে লেজারের ভিতরে একটি আয়না প্রতিস্থাপন করতে পারে (চিত্র 7)।

চিত্র 7. এই তিনটি সেটআপ লেজারের আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে সুরক্ষিত করতে বা আউটপুট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরকে সংকুচিত করতে বিভিন্ন উপায়ে একটি গ্রেটিং ব্যবহার করা হয় তা দেখায়।

লেজার পালস স্ট্রেচিং, কম্প্রেশন, এবং অ্যামপ্লিফিকেশন

সংক্ষিপ্ত লেজার ডাল, যেমন আল্ট্রাফাস্ট ডাল, প্রায়শই উচ্চ শিখর শক্তি থাকে যা সংবেদনশীল অপটিক্যাল আবরণ এবং উপাদানগুলির ক্ষতি করতে পারে। এটি এড়াতে, কখনও কখনও পালস প্রসারিত করতে, এর সময়কাল বাড়াতে এবং এর সর্বোচ্চ শক্তি হ্রাস করতে একজোড়া ডিফ্র্যাকশন গ্রেটিং ব্যবহার করা হয়। প্রসারিত পালস তারপর একটি অপটিক্যাল অ্যামপ্লিফায়ারের মধ্য দিয়ে যেতে পারে এবং কোনো অপটিক্যাল উপাদানের ক্ষতি না করে শক্তি অর্জন করতে পারে। বিপরীত কনফিগারেশনে আরেকটি ঝাঁঝরি জোড়া পরিবর্ধনের পরে নাড়ির সময়কালকে সংকুচিত করতে পারে, লক্ষ্যে একটি ছোট, উচ্চ -শক্তির পালস তৈরি করে (চিত্র 8)।

চিত্র 8. স্পন্দিত লেজার সিস্টেমে গ্রেটিং ব্যবহার করা যেতে পারে পালস সময়কাল বাড়ানোর জন্য-লেজার রোধ করা-প্ররোচিত ক্ষতি-এবং নাড়ির সময়কাল কমাতে, লক্ষ্যে উচ্চ-শক্তির পালস তৈরি করে।