Difrakciona rešetka
U optici, difrakciona rešetka je optička komponenta sa periodičnom strukturom koja cepa i difraktira svetlost na nekoliko snopova koji putuju u različitim pravcima. Nova obojenost je oblik strukturne obojenosti.[1][2] Pravac ovih zraka zavisi od razmaka rešetke i talasne dužine svetlosti tako da rešetka deluje kao disperzivni element. Zbog toga se rešetke obično koriste u monohromatorima i spektrometrima.
Za praktičnu primenu, rešetke uglavnom imaju grebene ili rebra na svojoj površini, a ne tamne linije.[3] Takve rešetke mogu biti propusne ili reflektujuće. Takođe se proizvode rešetke koje moduliraju fazu, a ne amplitudu upadne svetlosti, često koristeći holografiju.[4]
Principe difrakcionih rešetki otkrio je Džejms Gregori, oko godinu dana nakon eksperimenata na prizmi [Isaac Newton[|Isaka Njutna]], u početku sa predmetima poput ptičjeg perja.[5] Prva difrakciona rešetka, koju je napravio čovek, napravljena je oko 1785. godine zaslugom izumitelja iz Filadelfije Dejvida Ritenhausa, koji je nanizao dlake između dva vijka sa finim navojem.[6][7] Ovo je bilo slično difrakcionoj rešetki nemačkog fizičara Jozefa fon Fraunhofera iz 1821. godine.[8][9] Rešetke sa najnižom udaljenošću linije (d) stvorio je tokom 1860-ih Fridrih Adolf Nobert (1806–1881) u Grajfsvaldu;[10] zatim su dvojica Amerikanaca Luis Moris Raderfard (1816–1892) i Vilijam B. Rodžers (1804–1882) preuzeli vođstvo;[11][12] a do kraja 19. veka konkavne rešetke Henrija Avgusta Rolanda (1848–1901) bile su najbolje među dostupnima.[13][14]
Difrakcija može stvoriti „dugine” boje kada se za osvetljenje koristi izvor svetlosti širokog spektra (npr. kontinuiranog). Primeri su blistavi efekti usko raspoređenih uskih tragova na optičkim diskovima za čuvanje podataka poput CD-a ili DVD-a, dok slični dugini efekti izazvani tankim slojevima ulja (ili benzina itd.) na vodi nisu uzrokovani rešetkom, već pre interferencijskim efektima u refleksijama usko razmaknutih propusnih slojeva (videti primere ispod). Rešetka ima paralelne linije, dok CD ima spiralu fino raspoređenih zapisa. Difrakcione boje se takođe pojavljuju kada se pogleda na izvor svetlih tačaka kroz transluscentni pokrivač od kišobrana. Dekorativni šablonirani plastični filmovi sa uzorkom zasnovanom na reflektivnim rešetkama su vrlo jeftini i uobičajeni.
Prirodne rešetke
[уреди | уреди извор]
Poprečno prugasti mišići su najčešća prirodna difrakciona rešetka[15] i to je pomoglo fiziolozima u određivanju strukture takvih mišića. Pored ovoga, hemijske strukture kristala mogu se smatrati difrakcionim rešetkama za druge tipove elektromagnetnog zračenja osim vidljive svetlosti, što je osnova za tehnike kao što je rendgenska kristalografija.
Često se sa difrakcionim rešetkama pogrešno poistovećuju iridescentne boje paunovog perja, sedefa i krila leptira. Iridescencija kod ptica,[16] riba[17] i insekata[16][18] često je uzrokovana interferencijom tankog filma, a ne difrakcionom rešetkom. Difrakcija stvara čitav spektar boja s promenom ugla gledanja, dok interferencija tankog filma obično proizvodi mnogo uži opseg. Površine cvetova takođe mogu stvoriti difrakciju, mada su ćelijske strukture u biljkama obično previše nepravilne da bi se dobila fina geometrija proreza neophodna za difrakcionu rešetku.[19] Iridescentini signal cveća je stoga primetan samo veoma lokalno i stoga nije vidljiv čoveku i insektima koji posećuju cveće.[20][21] Međutim, prirodne rešetke se javljaju kod nekih beskičmenjaka, poput paunskih pauka,[22] antena semenih škampa, a otkrivene su i u fosilima Burgeskih škriljaca.[23][24]
Reference
[уреди | уреди извор]- ^ Srinivasarao, M. (1999). „Nano-Optics in the Biological World: Beetles, Butterflies, Birds, and Moths”. Chemical Reviews. 99 (7): 1935—1962. PMID 11849015. doi:10.1021/cr970080y.
- ^ Kinoshita, S.; Yoshioka, S.; Miyazaki, J. (2008). „Physics of structural colors”. Reports on Progress in Physics. 71 (7): 076401. Bibcode:2008RPPh...71g6401K. doi:10.1088/0034-4885/71/7/076401.
- ^ „Introduction to Diffraction Grating” (PDF). Thor Labs. Приступљено 30. 4. 2020.
- ^ AK Yetisen; H Butt; F da Cruz Vasconcellos; Y Montelongo; CAB Davidson; J Blyth; JB Carmody; S Vignolini; U Steiner; JJ Baumberg; TD Wilkinson; CR Lowe (2013). „Light-Directed Writing of Chemically Tunable Narrow-Band Holographic Sensors”. Advanced Optical Materials. 2 (3): 250—254. doi:10.1002/adom.201300375.
- ^ Letter from James Gregory to John Collins, dated 13 May 1673. Reprinted in: Rigaud, Stephen Jordan, ур. (1841). Correspondence of Scientific Men of the Seventeenth Century …. 2. Oxford University Press. стр. 251—5. especially p. 254
- ^ Hopkinson, F.; Rittenhouse, David (1786). „An optical problem, proposed by Mr. Hopkinson, and solved by Mr. Rittenhouse”. Transactions of the American Philosophical Society. 2: 201—6. JSTOR 1005186. doi:10.2307/1005186.
- ^ Thomas D. Cope (1932) "The Rittenhouse diffraction grating". Reprinted in: Rittenhouse, David (1980). Hindle, Brooke, ур. The Scientific Writings of David Rittenhouse. Arno Press. стр. 377—382. Bibcode:1980swdr.book.....R. ISBN 9780405125683. (A reproduction of Rittenhouse's letter re his diffraction grating appears on pp. 369–374.)
- ^ Fraunhofer, Joseph von (1821). „Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben” [New modification of light by the mutual influence and the diffraction of [light] rays, and the laws thereof]. Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memoirs of the Royal Academy of Science in Munich). 8: 3—76.
- ^ Fraunhofer, Joseph von (1823). „Kurzer Bericht von den Resultaten neuerer Versuche über die Gesetze des Lichtes, und die Theorie derselben” [Short account of the results of new experiments on the laws of light, and the theory thereof]. Annalen der Physik. 74 (8): 337—378. Bibcode:1823AnP....74..337F. doi:10.1002/andp.18230740802.
- ^ Turner, G. L'E. (1967). „The contributions to Science of Friedrich Adolph Nobert”. Bulletin of the Institute of Physics and the Physical Society. 18 (10): 338—348. doi:10.1088/0031-9112/18/10/006.
- ^ Warner, Deborah J. (1971). „Lewis M. Rutherfurd: Pioneer Astronomical Photographer and Spectroscopist”. Technology and Culture. 12 (2): 190—216. JSTOR 3102525. doi:10.2307/3102525.
- ^ Warner, Deborah J. (1988). The Michelson Era in American Science 1870-1930. New York: American Institute of Physics. стр. 2—12.
- ^ Hentschel, Klaus (1993). „The Discovery of the Redshift of Solar Fraunhofer Lines by Rowland and Jewell in Baltimore around 1890” (PDF). Historical Studies in the Physical and Biological Sciences. 23 (2): 219—277. JSTOR 27757699. doi:10.2307/27757699.
- ^ Sweeetnam, George (2000). The Command of Light: Rowland's School of Physics and the Spectrum. Philadelphia: American Philosophical Society. ISBN 978-08716-923-82.
- ^ Baskin, R.J.; Roos, K.P.; Yeh, Y. (oktobar 1979). „Light diffraction study of single skeletal muscle fibers”. Biophys. J. 28 (1): 45—64. Bibcode:1979BpJ....28...45B. PMC 1328609
. PMID 318066. doi:10.1016/S0006-3495(79)85158-9.
- ^ а б Stavenga, D. G. (2014). „Thin Film and Multilayer Optics Cause Structural Colors of Many Insects and Birds”. Materials Today: Proceedings. 1: 109—121. doi:10.1016/j.matpr.2014.09.007 .
- ^ Roberts, N. W.; Marshall, N. J.; Cronin, T. W. (2012). „High levels of reflectivity and pointillist structural color in fish, cephalopods, and beetles”. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (50): E3387. Bibcode:2012PNAS..109E3387R. PMC 3528518 . PMID 23132935. doi:10.1073/pnas.1216282109.
- ^ Stavenga, D. G.; Leertouwer, H. L.; Wilts, B. D. (2014). „Coloration principles of nymphaline butterflies - thin films, melanin, ommochromes and wing scale stacking”. Journal of Experimental Biology. 217 (12): 2171—2180. PMID 24675561. doi:10.1242/jeb.098673 .
- ^ Van Der Kooi, C. J.; Wilts, B. D.; Leertouwer, H. L.; Staal, M.; Elzenga, J. T. M.; Stavenga, D. G. (2014). „Iridescent flowers? Contribution of surface structures to optical signaling” (PDF). New Phytologist. 203 (2): 667—73. PMID 24713039. doi:10.1111/nph.12808.
- ^ Lee, David W. (2007). Nature's Palette: The Science of Plant Color. University of Chicago Press. стр. 255—6. ISBN 978-0-226-47105-1.
- ^ Van Der Kooi, C. J.; Dyer, A. G.; Stavenga, D. G. (2015). „Is floral iridescence a biologically relevant cue in plant-pollinator signaling?” (PDF). New Phytologist. 205 (1): 18—20. PMID 25243861. doi:10.1111/nph.13066.
- ^ Hsiung, Bor-Kai; Siddique, Radwanul Hasan; Stavenga, Doekele G.; Otto, Jürgen C.; Allen, Michael C.; Liu, Ying; Lu, Yong-Feng; Deheyn, Dimitri D.; Shawkey, Matthew D. (22. 12. 2017). „Rainbow peacock spiders inspire miniature super-iridescent optics”. Nature Communications (на језику: енглески). 8 (1): 2278. Bibcode:2017NatCo...8.2278H. ISSN 2041-1723. PMC 5741626 . PMID 29273708. doi:10.1038/s41467-017-02451-x.
- ^ Lee 2007, стр. 41
- ^ „Colouring in the fossil past”. News. Natural History Museum. 15. 3. 2006. Архивирано из оригинала 12. 8. 2010. г. Приступљено 14. 9. 2010.
Literatura
[уреди | уреди извор]
Овај чланак садржи материјал у јавном власништву из документа General Services Administration („Federal Standard 1037C”).- Hutley, Michael (1982). Diffraction Gratings. Techniques of Physics. 6. Academic Press. ISBN 978-0-12-362980-7. ISSN 0308-5392.
- Loewen, Erwin; Popov, Evgeny (1997). Diffraction Gratings and Applications. CRC. ISBN 978-0-8247-9923-6.
- Palmer, Christopher (2020). „Diffraction Grating Handbook” (8th изд.). MKS Newport.
- Greenslade, Thomas B. (2004). „Wire Diffraction Gratings”. Phys. Teach. 42 (2): 76—77. Bibcode:2004PhTea..42...76G. doi:10.1119/1.1646480. Архивирано из оригинала 29. 07. 2020. г. Приступљено 14. 09. 2020.
- Abrahams, Peter. „Early Instruments of Astronomical Spectroscopy”. Архивирано из оригинала 13. 04. 2021. г. Приступљено 14. 09. 2020.
- Grossman, William E. L. (septembar 1993). „The optical characteristics and production of diffraction gratings: A quantitative explanation of their experimental qualities with a description of their manufacture and relative merits”. J. Chem. Educ. 70 (9): 741. Bibcode:1993JChEd..70..741G. doi:10.1021/ed070p741.
- „Volume phase holography gratings”. National Optical Astronomy Observatories.
- Goodman, Joseph W. (1996). Introduction to Fourier optics. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-024254-2.
- Abramowitz Milton & Stegun Irene A,1964, Dover Publications Inc, New York.
- Born M & Wolf E, Principles of Optics, 1999, 7th Edition, Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-64222-4
- Heavens OS and Ditchburn W, 1991, Insight into Optics, Longman and Sons, Chichester ISBN 978-0-471-92769-3
- Hecht Eugene, Optics, 2002, Addison Wesley, ISBN 0-321-18878-0
- Jenkins FA & White HE, 1957, Fundamentals of Optics, 3rd Edition, McGraw Hill, New York
- Lipson A, Lipson SG, Lipson H, 2011, Optical Physics, 4th ed., Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-49345-1
- Longhurst RS, 1967, Geometrical and Physical Optics, 2nd Edition, Longmans, London
- Whittaker and Watson, 1962, Modern Analysis, Cambridge University Press.
- Können, G. P. (1985). Polarized Light in Nature
. Cambridge University Press. стр. 72–73. ISBN 978-0-521-25862-3.
Spoljašnje veze
[уреди | уреди извор]
- Diffraction Gratings (see and listen to Lecture 9)
- Diffraction Gratings — The Crucial Dispersive Element
- Optics Tutorial — Diffraction Gratings Ruled & Holographic
- Ray-Tracing program handling general reflective concave gratings for Windows XP and above
- Interference in Diffraction Grating Beams
| Normativna kontrola: Državne |
|---|
