Aparate Spectrale cu Rețea de Difracție

1. Reteaua de difractie

Reteaua de difractie este o suprafata optica plana sau curba, cu multe trasaturi liniare, paralele

si echidistante. Trasaturile nu sunt santuri sau crestaturi ci caneluri cu un profil riguros stabilit care se

obtin cu ajutorul unei masini speciale de canelat. Dificultatile legate de mentinerea aceluiasi profil

pentru toate trasaturile, de pastrare a paralelismului si de realizare a aceleiasi distante între canelurile

paralele fac ca în lume sa existe putine ateliere optice specializate în constructia retelelor de difractie. O

metoda mai simpla si mai economica de producere a retelelor de difractie este duplicarea (prin diverse

procedee fotochimice) dupa o retea de foarte buna calitate.

Principiul de functionare a retelelor de difractie folosite ca element dispersiv în cele mai multe

spectroscoape, spectrografe sau monocromatoare are la baza interferenta fasciculelor luminoase

difractate de trasaturile retelei, care joaca rol de fante. Pentru ca reteaua sa functioneze corect este

necesar ca lungimea de unda a radiatiei incidente sa fie mai mica decât distanta dinte doua elemente

consecutive. Descompunând lumina dupa lungimea de unda  se formeaza un spectru care poate fi

observat, fotografiat sau analizat fotoelectric.

O retea de difractie este caracterizata de constanta d = a+b dintre centrele a doua caneluri

consecutive, unde a este largimea unei caneluri iar b este distanta dintre doua caneluri, asa cum se

poate observa în figura 1. Se mai poate caracteriza reteaua si prin

= numarul de trasaturi pe

unitatea de lungime. De regula n se masoara în trasaturi/mm.

Distributia de intensitate obtinuta la incidenta normala cu o retea de constanta d si un numar

total de fante N este:

Fig.1 Mersul razelor prin retea Fig.2 Distributia de intensitate

difractie pe fanta interferenta multipla

unde  este unghiul de difractie (vezi fig.1) iar  este lungimea de unda a radiatiei difractate. Prima

fractie din ec.(1) reprezinta factorul de difractie (altfel spus distributia de intensitate la difractia pe

fiecare fanta) iar a doua fractie reprezinta factorul de interferenta rezultat prin interferenta multipla a

fasciculelor difractate sub acelasi unghi . Aceasta distributie de intensitate este reprezentata în figura

2. Factorul de difractie doar moduleaza lent factorul de interferenta si este reprezentat ca o

înfasuratoare. Deoarece intensitatea scade brusc in maximele laterale de difractie, în practica se observa

doar maximele de interferenta situate in maximul central de difractie.

Din ec. (1) se observa ca un maxim de intensitate se obtine pentru situatia în care

deoarece atunci a doua fractie din ec.(1) are valoarea 1. De aici rezulta relatia fundamentala a retelei de

difractie, care da pozitia maximelor de intensitate pentru o anumita lungime de unda :

d sinq = kl (2)

unde k reprezinta ordinul de interferenta sau ordinul spectrului. Se observa ca k=0 implica  = 0

(emergenta normala) si se obtine maxim pentru toate lungimile de unda. Astfel în ordinul 0 se obtine un

maxim central nedescompus, de aceeasi culoare cu lumina incidenta. Pentru celelalte ordine, maximele

de culori diferite vor aparea în locuri diferite pe ecran formând o serie de perechi de spectre simetrice

fata de maximul central.

1.1 Comparatie prisma-retea

a) O retea de difractie produce mai multe spectre de ordinul k=1,2,3 , spre deosebire de prisma

care produce doar un singur spectru;

b) În conformitate cu ec.(2) radiatiile rosii sunt deviate mai mult decât cele violete, invers decât la

prisma;

c) Cea mai mare parte a radiatiei difractate este

concentrata în ordinul zero, acolo unde lumina nu este

descompusa, si nu în spectrele care ne intereseaza.

Acesta a fost motivul pentru care aparatele spectrale

au fost dotate zeci de ani numai cu prisme. Pentru

a obtine o luminozitate mare în ordinul dorit (de

regula 1) se fac retele numite blaze care au trasaturi

asimetrice si au un anumit unghi de stralucire (blaze).

Cel mai intens ordin va fi acela pentru care unghiul de difractie este egal cu unghiul de

blaze. Maximul luminozitatii se obtine la o anumita lungime de unda din acel ordin,

lungime de unda aleasa de constructor. Practic, luminozitatea aparatelor cu retea poate

ajunge la 70% din luminozitatea aparatelor cu prisma.