Что (кто) такое Эшелетт - определение

эшелет (франц. echelette, от echelle - лестница), отражательная дифракционная решетка (См. Дифракционная решётка), способная концентрировать дифрагированное излучение в спектре одного порядка (см. Порядок интерференции), ослабляя остальные, в том числе и самый яркий спектр нулевого порядка. Изменения распределения излучения по спектрам и высокой концентрации энергии в узкой спектральной области достигают, вводя дополнительную Разность хода в пределах каждого отдельного штриха, имеющего, как правило, треугольный профиль. Отражательные решётки типа Э. обычно нарезают специальными резцами на металлической поверхности (медь, латунь, алюминий) и используют для наблюдения спектров 5-10 порядков в инфракрасной области. Возможно также создание Э. для видимой и ультрафиолетовой спектральных областей.

Э. представляет собой систему одинаковых зеркальных площадок (рис.) шириной а, плоскости которых параллельны одна другой и образуют с плоскостью заготовки угол i. При падении на Э. параллельного пучка лучей на каждой зеркальной площадке происходит дифракция, как на узкой щели, и пучки, продифрагировавшие на всех площадках, интерферируют. Концентрация энергии излучения в заданном направлении происходит при выполнении следующих условий: 1) направление на нулевой максимум от отдельного зеркального элемента (штриха) совпадает i с направлением на главный дифракционный максимум от всей решётки; 2) направление на спектр нулевого порядка всей решетки совпадает с направлением минимума при дифракции от отдельного зеркального элемента. Первое требование означает, что направление φ из условия максимумов для отражательной решётки d (sinψ + sinφ) = nλ должно совпадать с углом β = -α. Приняв во внимание правило знаков и учитывая соотношения вида φ = i - α и ψ = i + α, получают выражение 2 cos (ψ - i) sini = nλd, позволяющее по заданному углу падения и длине волны λ вычислить угол наклона зеркальной грани i, называемый "углом блеска" и изменяющийся у современных Э. в пределах 5-20°. Второе требование означает, что для спектра нулевого порядка, т. е. при ψ = -φ, рассматриваемое направление должно совпадать с направлением β из условия минимумов при дифракции от отд. зеркального элемента: a(sinα + sinβ) = kλ. Учёт соотношения - β = ψ + i даёт выражение 2sin i cos i = кλ/а, которое при известном профиле штриха i позволяет вычислить его ширину а. Если условия 1-е и 2-е выполняются, максимум отражённой от решётки энергии располагается в направлении φ = 2i - ψ, совпадающем с направлением зеркального отражения от плоскости штриха. Отражательные решётки чаще всего используют в т. н. автоколлимационной схеме, для которой φ = ψ = i. Из условия максимумов для этого случая легко получить длину волны, которой соответствует максимум концентрации энергии: nλ_max = 2d sin i. Область длин волн вблизи λ_max называется областью высокой концентрации энергии в данном порядке спектра n. Современные Э. в спектре одного порядка концентрируют до 70-80\% энергии падающего излучения. Использование Э. позволяет создавать спектральные приборы, не уступающие по светосиле лучшим приборам с дисперсионными призмами (См. Дисперсионные призмы). В СССР изготовляют Э. с числом штрихов от 600 на 1 мм для видимой области до 0,3 штриха на 1 мм для далёкой инфракрасной области (длины волн Эшелетт500 мкм). Размеры Э. от 100 х 100 мм (100-300 штрихов на мм) до 300 х 300 мм для Э. с 12 и менее штрихами на 1 мм.

Лит.: Пейсахсон И. В., Оптика спектральных приборов, Л., 1975; Нагибина И. М., Интерференция и дифракция света, Л., 1974; Калитеевский Н. И., Волновая оптика, М., 1971.

Л. Н. Капорский.

Схематическое изображение участка поверхности эшелетта и хода лучей, падающих на него и дифрагирующих на нём: а - ширина зеркальной грани штриха; d - постоянная эшелетта; N - нормаль к общей поверхности эшелетта; N' - нормаль к зеркальной грани штриха ("угол блеска"); ψ - угол падения лучей на эшелетт; φ - угол дифракции; α - угол падения лучей на зеркальную грань штриха; β - угол дифракции от зеркальной грани штриха.

оптический прибор, представляющий собой совокупность большого числа параллельных, равноотстоящих друг от друга штрихов одинаковой формы, нанесённых на плоскую или вогнутую оптическую поверхность. Таким образом, Д. р. представляет собой периодическую структуру: штрихи с определённым и постоянным для данной решётки профилем повторяются через строго одинаковый промежуток d, называется периодом Д. р. (рис.). В Д. р. происходит Дифракция света. Основное свойство Д. р. - способность разлагать падающий на неё пучок света по длинам волн, т. е. в спектр, что используется в спектральных приборах (См. Спектральные приборы). Если штрихи нанесены на плоскую поверхность, то Д. р. называются плоскими, если на вогнутую (обычно сферическую) поверхность - вогнутыми. Различают отражательные и прозрачные Д. р. У отражательных штрихи наносятся на зеркальную (обычно металлическую) поверхность и наблюдение ведётся в отражённом свете. У прозрачных штрихи наносятся на поверхность прозрачной (обычно стеклянной) пластинки (или вырезаются в виде узких щелей в непрозрачном экране) и наблюдение ведётся в проходящем свете. В современных спектральных приборах применяются главным образом отражательные Д. р.

Наиболее наглядно описание действия Д. р. в случае прозрачной Д. р. При падении монохроматического параллельного пучка света с длиной волны λ под углом α на Д. р., состоящую из щелей ширины b, разделённых непрозрачными промежутками, происходит Интерференция волн, исходящих от разных щелей. В результате после фокусировки положения максимумов на экране (рис.) определяются уравнением: d (sin α + sin β) = mλ, где β - угол между нормалью к решётке и направлением распространения пучка (угол дифракции); целое число m = 0, ± 1, ± 2, ± 3,... равно количеству длин волн, на которое волна от некоторого элемента данной щели Д. р. отстаёт от волны, исходящей от такого же элемента соседней щели (или опережает её). Монохроматические пучки, относящиеся к различным значениям m, называются порядками спектра, а даваемые ими изображения входной щели - спектральными линиями. Все порядки, соответствующие положительным и отрицательным значениям m, лежат симметрично относительно нулевого. По мере возрастания числа щелей Д. р. спектральные линии становятся более узкими и резкими. Если на Д. р. падает излучение сложного спектрального состава, то для каждой длины волны получится свой набор спектральных линий и, следовательно, излучение будет разложено в спектры по числу возможных значений m. Относительная интенсивность линий определяется функцией распределения энергии от отдельной щели.

Основными характеристиками Д. р. являются угловая дисперсия и разрешающая способность. Угловая дисперсия, определяющая угловую ширину спектра, зависит от отношения разности углов дифракции для двух длин волн:

Т. о., угловая ширина спектров изменяется приблизительно пропорционально номеру порядка спектра. Разрешающая способность R измеряется отношением длины волны к наименьшему интервалу длин волн, который ещё может разделить решётка:

где N - число щелей Д. р., a W - ширина заштрихованной поверхности. При заданных углах разрешающая способность может быть повышена только за счёт увеличения ширины Д. р.

Д. р., применяемые для работы в различных областях спектра, отличаются частотой и профилем штрихов, размерами, формой, материалом поверхности и др. Для ультрафиолетовой и видимой областей наиболее типичны Д. р., имеющие от 300 до 1200 штрихов на 1 мм. Штрихи этих Д. р. выполняют в слое алюминия, предварительно нанесённом на стеклянную поверхность испарением в вакууме. Д. р. для вакуумной ультрафиолетовой области изготавливаются преимущественно на стеклянных поверхностях. В этой области незаменимы Д. р., изготовленные на вогнутых (в большинстве случаев - сферических) поверхностях, обладающих способностью фокусировать спектр. В инфракрасной области применяются Д. р., называемые Эшелеттами, которые имеют от 300 до 0,3 штрихов на 1 мм и выполняются на различных мягких металлах.

Кроме спектральных приборов, Д. р. применяются также в качестве оптических датчиков линейных и угловых перемещений (измерительные Д. р.), поляризаторов и фильтров инфракрасного излучения, делителей пучков в Интерферометрах и для др. целей. В СССР изготовляются все известные виды Д. р. Максимальное количество штрихов на 1 мм составляет 2400, а максимальный размер заштрихованной поверхности равен 300 × 300 мм.

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957 (Курс общей физики, т. 3); Тарасов К. И., Спектральные приборы, Л., 1968. См. также лит. при ст. Дифракция света.

Ф. М. Герасимов.

Схема образования спектров прозрачной дифракционной решётки, состоящей из щелей, при освещении её монохроматическим светом (M₁ ) и светом сложного спектрального состава (М₂).