Réseaux de diffraction

Un réseau de diffraction est une structure périodique qui disperse la lumière en ses longueurs d'onde constitutives par interférence à faisceaux multiples, un élément central en spectroscopie.

Definition

Un élément optique structuré périodiquement qui diffracte la lumière incidente en ordres discrets à des angles dépendant de la longueur d'onde, définis par l'équation du réseau, utilisé pour disperser et analyser la lumière par longueur d'onde.

Scope

Ce sujet couvre la physique et l'utilisation des structures diffractantes périodiques. Il inclut l'équation du réseau, qui relie l'angle de diffraction à la longueur d'onde, à l'ordre de diffraction et à l'espacement des traits ; la distinction entre les réseaux par transmission et par réflexion, ainsi qu'entre les réseaux d'amplitude et de phase ; le blaze (ou surfaçage) pour concentrer la lumière dans un ordre choisi ; ainsi que le pouvoir de résolution spectral et la gamme spectrale libre qui déterminent les performances. Il traite les réseaux comme des éléments dispersifs de spectromètres et de monochromateurs, et comme des composants dans la compression d'impulsions et le contrôle de faisceaux.

Core questions

• Comment l'équation du réseau détermine-t-elle les angles de diffraction pour chaque longueur d'onde ?
• Qu'est-ce qui détermine le pouvoir de résolution spectral d'un réseau ?
• Comment le blaze dirige-t-il la lumière vers un ordre de diffraction utile ?
• Comment les réseaux dispersent-ils la lumière différemment d'un prisme ?

Key concepts

• équation du réseau
• ordre de diffraction
• espacement des traits
• pouvoir de résolution spectral
• gamme spectrale libre
• réseau blazé
• réseaux par transmission et par réflexion
• dispersion

Key theories

Équation du réseau

L'interférence constructive de nombreux traits également espacés se produit lorsque la différence de chemin optique entre les traits adjacents est un nombre entier de longueurs d'onde, ce qui donne des angles de diffraction qui dépendent de la longueur d'onde, de l'ordre et de l'espacement des traits.

Pouvoir de résolution et blaze

Le pouvoir de résolution d'un réseau est égal au produit de l'ordre de diffraction et du nombre de traits éclairés, tandis que le façonnage du profil des traits, ou blaze, concentre l'énergie diffractée dans un ordre choisi pour l'efficacité.

Clinical relevance

Les réseaux sont les éléments dispersifs des spectromètres utilisés pour les analyseurs de chimie clinique, les mesures de gaz du sang et d'oxymétrie, et la tomographie par cohérence optique en domaine spectral, où ils séparent la lumière en longueurs d'onde pour l'analyse.

History

Rittenhouse a fabriqué un premier réseau à partir de fils fins en 1786, et Fraunhofer a produit des réseaux gravés au début du XIXe siècle pour étudier le spectre solaire, découvrant les raies d'absorption qui portent son nom. Les machines à graver de précision de Rowland dans les années 1880 ont produit de grands réseaux précis qui ont transformé la spectroscopie.

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• Henry Augustus Rowland
• David Rittenhouse

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Pourquoi un réseau produit-il plusieurs spectres simultanément ?

L'équation du réseau est satisfaite pour plusieurs ordres entiers, de sorte que la lumière d'une longueur d'onde donnée est diffractée dans plusieurs directions, chacune correspondant à un ordre différent et produisant un spectre distinct.

En quoi un réseau est-il meilleur qu'un prisme pour la spectroscopie ?

La dispersion d'un réseau est plus proche de la linéarité en fonction de la longueur d'onde et son pouvoir de résolution peut être rendu très élevé en utilisant de nombreux traits, tandis qu'un prisme repose sur la dispersion du matériau et offre généralement une résolution inférieure.