विवर्तन ग्रेटिंग

एक विवर्तन ग्रेटिंग एक आवधिक संरचना है जो बहु-किरण व्यतिकरण (multiple-beam interference) के माध्यम से प्रकाश को उसकी घटक तरंग दैर्ध्य में फैलाती है, जो स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए केंद्रीय है।

Definition

एक आवधिक संरचित ऑप्टिकल तत्व जो आपतित प्रकाश को ग्रेटिंग समीकरण द्वारा निर्धारित तरंग दैर्ध्य-निर्भर कोणों पर असतत क्रमों में विवर्तित करता है, जिसका उपयोग तरंग दैर्ध्य द्वारा प्रकाश को फैलाने और विश्लेषण करने के लिए किया जाता है।

Scope

यह विषय आवधिक विवर्तन संरचनाओं के भौतिकी और उपयोग को शामिल करता है। इसमें विवर्तन कोण को तरंग दैर्ध्य, ग्रेटिंग क्रम और खांचे के रिक्ति से संबंधित ग्रेटिंग समीकरण; संचरण (transmission) और परावर्तन (reflection) ग्रेटिंग के बीच और आयाम (amplitude) और चरण (phase) ग्रेटिंग के बीच का अंतर; प्रकाश को एक चुने हुए क्रम में केंद्रित करने के लिए ब्लेज़िंग (blazing); और वर्णक्रमीय विभेदन शक्ति (spectral resolving power) और मुक्त वर्णक्रमीय सीमा (free spectral range) शामिल है जो प्रदर्शन को निर्धारित करती है। यह ग्रेटिंग को स्पेक्ट्रोमीटर और मोनोक्रोमेटर के विवर्तन तत्वों के रूप में और पल्स संपीड़न (pulse compression) और बीम नियंत्रण में घटकों के रूप में मानता है।

Core questions

• ग्रेटिंग समीकरण प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए विवर्तन कोणों को कैसे निर्धारित करता है?
• ग्रेटिंग की वर्णक्रमीय विभेदन शक्ति को क्या निर्धारित करता है?
• ब्लेज़िंग प्रकाश को एक उपयोगी विवर्तन क्रम में कैसे निर्देशित करता है?
• ग्रेटिंग प्रकाश को प्रिज्म से अलग तरीके से कैसे फैलाते हैं?

Key concepts

• ग्रेटिंग समीकरण
• विवर्तन क्रम
• खांचे का रिक्ति
• वर्णक्रमीय विभेदन शक्ति
• मुक्त वर्णक्रमीय सीमा
• ब्लेज़्ड ग्रेटिंग
• संचरण और परावर्तन ग्रेटिंग
• फैलाव

Key theories

ग्रेटिंग समीकरण

कई समान दूरी वाले खांचों से रचनात्मक व्यतिकरण (constructive interference) तब होता है जब आसन्न खांचों के बीच पथ अंतर तरंग दैर्ध्य की एक पूर्णांक संख्या होती है, जिससे विवर्तन कोण प्राप्त होते हैं जो तरंग दैर्ध्य, क्रम और खांचे के रिक्ति पर निर्भर करते हैं।

विभेदन शक्ति और ब्लेज़िंग

एक ग्रेटिंग की विभेदन शक्ति विवर्तन क्रम और प्रकाशित खांचों की संख्या के गुणनफल के बराबर होती है, जबकि खांचे के प्रोफाइल को आकार देना, या ब्लेज़िंग, दक्षता के लिए विवर्तित ऊर्जा को एक चुने हुए क्रम में केंद्रित करता है।

Clinical relevance

ग्रेटिंग नैदानिक रसायन विज्ञान विश्लेषक (clinical chemistry analysers), रक्त-गैस और ऑक्सीमेट्री माप (blood-gas and oximetry measurements), और वर्णक्रमीय-डोमेन ऑप्टिकल कोहेरेंस टोमोग्राफी (spectral-domain optical coherence tomography) में उपयोग किए जाने वाले स्पेक्ट्रोमीटर में विवर्तन तत्व होते हैं, जहाँ वे विश्लेषण के लिए प्रकाश को तरंग दैर्ध्य में अलग करते हैं।

History

रिटेनहाउस ने 1786 में महीन तारों से एक प्रारंभिक ग्रेटिंग बनाया, और फ्राउनहोफर ने उन्नीसवीं शताब्दी की शुरुआत में सौर स्पेक्ट्रम का अध्ययन करने के लिए रूल्ड ग्रेटिंग (ruled gratings) का उत्पादन किया, जिसमें उनके नाम पर अवशोषण रेखाओं की खोज की। 1880 के दशक में रोलैंड के सटीक रूलिंग इंजन (ruling engines) ने बड़े, सटीक ग्रेटिंग का उत्पादन किया जिसने स्पेक्ट्रोस्कोपी को बदल दिया।

Key figures

• Joseph von Fraunhofer
• Henry Augustus Rowland
• David Rittenhouse

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

एक ग्रेटिंग एक साथ कई स्पेक्ट्रा क्यों उत्पन्न करता है?

ग्रेटिंग समीकरण कई पूर्णांक क्रमों के लिए संतुष्ट होता है, इसलिए एक दी गई तरंग दैर्ध्य का प्रकाश कई दिशाओं में विवर्तित होता है, प्रत्येक एक अलग क्रम के अनुरूप होता है और एक अलग स्पेक्ट्रम उत्पन्न करता है।

स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए एक ग्रेटिंग प्रिज्म से बेहतर कैसे है?

एक ग्रेटिंग का फैलाव तरंग दैर्ध्य में अधिक रैखिक होता है और इसकी विभेदन शक्ति को कई खांचों का उपयोग करके बहुत अधिक बनाया जा सकता है, जबकि एक प्रिज्म सामग्री फैलाव पर निर्भर करता है और आमतौर पर कम रिज़ॉल्यूशन देता है।