الكلمات المفتاحية: الشبكة الثلاثية الأبعاد ذات الطور الصلب VPH، مقياس طيف النفاذية، مطياف الانعكاس، مسار تشيرني-ترنر البصري.
1. نظرة عامة
يمكن تصنيف مطياف الألياف الضوئية على أنه انعكاس ونقل، وفقًا لنوع محزوز الحيود.محزوز الحيود هو في الأساس عنصر بصري، يضم عددًا كبيرًا من الأنماط المتباعدة بشكل متساوٍ سواء على السطح أو داخليًا.وهو مطياف الألياف الضوئية ذو المكونات الهامة.عندما يتفاعل الضوء مع هذه الشبكات، يتفرق إلى زوايا مميزة تحددها أطوال موجية مختلفة من خلال ظاهرة تعرف باسم حيود الضوء.
أعلاه: مطياف انعكاس التمييز (يسار) ومقياس طيف النفاذية (يمين)
تصنف شبكات الحيود بشكل عام إلى نوعين: شبكات الانعكاس وشبكات النقل.يمكن تقسيم شبكات الانعكاس أيضًا إلى شبكات انعكاس مستوية وشبكات مقعرة، في حين يمكن تقسيم شبكات النقل إلى شبكات نقل من النوع الأخدود وشبكات نقل ثلاثية الأبعاد بمرحلة الحجم (VPH).تقدم هذه المقالة بشكل أساسي مطياف الانعكاس من النوع الشبكي المشتعل ومطياف النفاذية من النوع الشبكي VPH.
أعلاه: حاجز الانعكاس (يسار) وشبك ناقل الحركة (يمين).
لماذا تختار معظم أجهزة قياس الطيف الآن التشتت الشبكي بدلاً من المنشور؟يتم تحديده في المقام الأول من خلال المبادئ الطيفية للشبكة.يحدد عدد الخطوط لكل ملليمتر على الشبكة (كثافة الخط، الوحدة: الخطوط/مم) القدرات الطيفية للشبكة.تؤدي كثافة خط الشبكة الأعلى إلى تشتت أكبر للضوء ذو الأطوال الموجية المختلفة بعد المرور عبر الشبكة، مما يؤدي إلى دقة بصرية أعلى.بشكل عام، تشتمل كثافات الأخدود المتاحة والمشبكية على 75، 150، 300، 600، 900، 1200، 1800، 2400، 3600، وما إلى ذلك، مما يلبي متطلبات النطاقات والقرارات الطيفية المختلفة.بينما يقتصر التحليل الطيفي للمنشور على تشتت المواد الزجاجية، حيث تحدد خاصية التشتت للزجاج القدرة الطيفية للمنشور.نظرًا لأن خصائص التشتت للمواد الزجاجية محدودة، فمن الصعب تلبية متطلبات التطبيقات الطيفية المختلفة بمرونة.ولذلك، نادرا ما يستخدم في مطياف الألياف الضوئية المصغرة التجارية.
التسمية التوضيحية: التأثيرات الطيفية لكثافات الأخدود المختلفة في الرسم البياني أعلاه.
يوضح الشكل قياس طيف تشتت الضوء الأبيض من خلال الزجاج وقياس طيف الحيود من خلال مقضب.
يبدأ تاريخ تطور الشبكات مع "تجربة يونج ذات الشق المزدوج": في عام 1801، اكتشف الفيزيائي البريطاني توماس يونج تداخل الضوء باستخدام تجربة الشق المزدوج.يُظهر الضوء أحادي اللون الذي يمر عبر الشقوق المزدوجة أطرافًا مشرقة ومظلمة متناوبة.أثبتت تجربة الشق المزدوج لأول مرة أن الضوء يظهر خصائص مشابهة لموجات الماء (الطبيعة الموجية للضوء)، مما أثار ضجة كبيرة في مجتمع الفيزياء.بعد ذلك، أجرى العديد من الفيزيائيين تجارب التداخل متعدد الشقوق ولاحظوا ظاهرة حيود الضوء من خلال الشبكات.وفي وقت لاحق، طور الفيزيائي الفرنسي فريسنل النظرية الأساسية للحيود المبشور من خلال الجمع بين التقنيات الرياضية التي طرحها العالم الألماني هيغنز، بالاعتماد على هذه النتائج.
يوضح الشكل تداخل يونج ذو الشق المزدوج على اليسار، مع تناوب الأطراف الساطعة والداكنة.الحيود متعدد الشقوق (يمين)، توزيع العصابات الملونة بترتيبات مختلفة.
2. مطياف عاكس
تستخدم مقاييس الطيف الانعكاسي عادةً مسارًا بصريًا يتكون من شبكة حيود مستوية ومرايا مقعرة، يشار إليها باسم المسار البصري تشيرني-تيرنر.وتتكون عمومًا من شق، وشبكة حريق مستوية، ومرآتين مقعرتين، وكاشف.يتميز هذا التكوين بدقة عالية، وضوء شارد منخفض، وإنتاجية بصرية عالية.بعد أن تدخل الإشارة الضوئية من خلال شق ضيق، يتم موازنتها أولاً في شعاع متوازي بواسطة عاكس مقعر، والذي يضرب بعد ذلك شبكة حيود مستوية حيث تنحرف الأطوال الموجية المكونة لها بزوايا مختلفة.أخيرًا، يقوم العاكس المقعر بتركيز الضوء المنحرف على كاشف ضوئي ويتم تسجيل الإشارات ذات الأطوال الموجية المختلفة بواسطة بكسلات في مواضع مختلفة على شريحة الثنائي الضوئي، مما يؤدي في النهاية إلى توليد طيف.عادةً، يشتمل مطياف الانعكاس أيضًا على بعض مرشحات تثبيط الانعراج من الدرجة الثانية وعدسات أعمدة لتحسين جودة أطياف الإخراج.
يوضح الشكل مطياف صريف المسار البصري المقطعي المتقاطع.
تجدر الإشارة إلى أن تشيرني وتيرنر ليسا مخترعي هذا النظام البصري ولكن يتم تكريمهما لمساهماتهما البارزة في مجال البصريات - عالم الفلك النمساوي أدالبرت تشيرني والعالم الألماني رودولف دبليو تورنر.
يمكن عمومًا تصنيف المسار البصري تشيرني-تيرنر إلى نوعين: متقاطع وغير مطوي (النوع M).يعد المسار البصري المتقاطع/المسار البصري من النوع M أكثر إحكاما.هنا، يُظهر التوزيع المتماثل من اليسار إلى اليمين لمرآتين مقعرتين نسبة إلى الشبكة المستوية، تعويضًا متبادلًا للانحرافات خارج المحور، مما يؤدي إلى دقة بصرية أعلى.يستخدم مطياف الألياف الضوئية SpectraCheck® SR75C مسارًا بصريًا من النوع M، ويحقق دقة بصرية عالية تصل إلى 0.15 نانومتر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية الذي يتراوح بين 180-340 نانومتر.
أعلاه: المسار البصري من النوع المتقاطع/المسار البصري من النوع الموسع (النوع M).
بالإضافة إلى ذلك، وبصرف النظر عن شبكات الحريق المسطحة، هناك أيضًا شبكات اللهب المقعرة.يمكن فهم شبكة الحريق المقعرة على أنها مزيج من مرآة مقعرة وشبكة.لذلك، يتكون مطياف شبكة اللهب المقعرة فقط من شق، وشبكة لهب مقعرة، وكاشف، مما يؤدي إلى استقرار عالي.ومع ذلك، فإن شبكة الحريق المقعرة تحدد المتطلبات على كل من اتجاه ومسافة الضوء المنحرف عن الحادث، مما يحد من الخيارات المتاحة.
أعلاه: مطياف مقعر مقعر.
وقت النشر: 26 ديسمبر 2023