تمامی محصولات شرکت دارای حداقل 2 سال گارانتی و 15 سال خدمات پس از فروش می باشد 
تمامی محصولات شرکت دارای حداقل 2 سال گارانتی و 15 سال خدمات پس از فروش می باشد
آنچه در این مقاله می‌خوانید
آرایش منظمی از شبکه ها که یا نور را جذب می‌کنند و یا طول مسیر نوری و در نتیجه، فاز نور فرودی را تغییر می‌دهند، توری پراش اسپکتروفتومتری نامیده می‌شوند.
این ویژگی است که منجر به پدیده های پراش، تداخل و انحراف نور با توجه به طول موج می شود و امکان بررسی ترکیب طیفی نور را فراهم می کند. در ادامه نگاهی دقیق به برخی از خواص توری و اصول مربوط به فیزیک خواهیم داشت.
توری پراش اسپکتروفتومتری، یک عنصر نوری است که طیف پیوسته ای از امواج الکترومغناطیسی (مثلاً نور سفید) را بر اساس طول موج، به اجزای کوچکتر تقسیم می کند (پراکنده می کند). ساده ترین نوع توری پراش اسپکتروفتومتری، توری با تعداد زیادی شکاف موازی با فاصله یکسان است.
انواع مختلف توری پراش اسپکتروفتومتری، از یک سری خطوط یا شیارهای موازی تشکیل شده اند که با یک فاصله ثابت از هم جدا شده و در یک سطح صاف حک شده اند.
ساختار توری پراش اسپکتروفتومتری بسته به کاربرد مورد نظر و فرآیند ساخت مورد استفاده برای ایجاد آنها می تواند متفاوت باشد.
شکل1- شماتیک عملکردی یک توری پراش اسپکتروفتومتری
دو نوع اصلی از توری های پراش وجود دارد:
توری های نوع عبوری، با برش یک سری خطوط موازی بر روی یک ماده شفاف مانند شیشه یا پلاستیک ساخته می شوند. نور از توری عبور کرده و بسته به فاصله بین خطوط به زوایای مختلف پراکنده می شود.
از سوی دیگر، توری های نوع بازتابی با پوشاندن یک زیرلایه با یک لایه نازک فلز (یک لایه بازتاب کننده) و سپس حک کردن یک سری شیار در سطح فلز ساخته می شوند. نور از سطح فلز منعکس می شود و به روشی مشابه توری های عبوری پراکنده می شود.
شکل 2- شماتیک عملکردی توری های پراش عبوری و بازتابی
فاصله بین خطوط یا شیارها روی یک توری پراش اسپکتروفتومتری، برای تعیین خواص طیفی دستگاه های اسپکتروفتومتر بسیار مهم و کلیدی است.
فاصله خطوط معمولاً بر حسب واحد نانومتر (nm) یا میکرومتر (μm) اندازه‌گیری میشود و به آن دوره توری یا گام می‌گویند.
زاویه پراش نور توسط توری، هم به طول موج نور و هم به دوره توری بستگی دارد. رابطه بین زاویه پراش، طول موج نور و دوره توری با معادله زیر توصیف می شود:
nλ = d(sinθ + sinφ)
که در آن n مرتبه پراش، λ طول موج نور فرودی، d دوره توری، θ زاویه تابش و φ زاویه پراش است.
به طور کلی، ساختار توری های پراش می تواند بسیار پیچیده باشد، با طیف گسترده ای از پارامترهای طراحی که می تواند برای کاربردهای خاص بهینه شود.
برخی از ساختارها، با ثبت یک الگوی تداخل هولوگرافیک در یک ماده حساس به نور مانند ژلاتین دی کرومیته یا فتوپلیمر ساخته می شوند. ساختار توری به دست آمده سه بعدی است و بازدهی بالا و نور پراکنده کمی را ارائه می دهد.
توری های پلاریزاسیون نیز وجود دارند که برای پراش نور بر اساس حالت قطبش آن طراحی شده اند و اغلب در طیف سنجی و ارتباطات نوری استفاده می شوند.
برخی نیز دارای فاصله شیارهای متفاوتی هستند که در طول توری تغییر می کند. این عامل، یک پراکندگی ایجاد می کند که با طول موج متفاوت است و آنها را برای کاربردهایی مانند فشرده سازی پالس در لیزرهای فوق سریع مناسب می کند.
پروفایل شیارهای یک توری پراش اسپکتروفتومتری، بسته به نیاز و روش تولید می تواند اشکال مختلفی داشته باشد. با توجه به نوع مقطع عرضی شیارها، رایج ترین توری ها به سه دسته عمده تقسیم می شوند:
توری های پراش بلیز نوعی هستند که به منظور افزایش میزان پراش نور در یک جهت خاص طراحی شده اند. آنها با راندمان پراش بالا در یک نظم طیفی خاص یا محدوده طول موجی مشخص می شوند که به آن “طول موج بلیز” می گویند.
توری های بلیز با بهره برداری از تداخل بین امواج نوری که از شیارهای توری منعکس می شوند، عمل می کنند و اندازه و فاصله شیارها تعیین کننده زاویه پراش طول موج های مختلف نور است.
زاویه بلیز، زاویه ای است که در آن بیشترین مقدار نور در جهت مورد نظر پراکنده می شود.
شکل3- توری پراش اسپکتروفتومتری نوع بلیز
در شکل بالا، نور تابیده شده به توری انعکاسی در زاویه α با طول موج λ، در زاویه β پراشیده می شود که α و β نسبت به خط عمود بر سطح دندانه (بلیز) سنجیده می شوند.
لازم به ذکر است که معمولاً زاویه های در خلاف جهت عقربه های ساعت مثبت و زاویه های در جهت عقربه های ساعت، منفی هستند.
توری پراش اسپکتروفتومتری نوع بلیز، راندمان بالایی را در یک محدوده طول موجی خاص نشان میدهد و برای جلوگیری از انحراف نور، یک پوششی ضد انعکاسی در پشت زیرلایه توری رسوب داده میشود که در هنگام قرار گرفتن در معرض تابش، موج همگرا شود.
توری های بلیز نوع هولوگرافیک، انحراف نوری کمتری دارند و در مقایسه با توری های تولید شده به روش خط کشی مکانیکی، کاملاً عاری از خطاهای خط کشی، از جمله انحراف توری هستند.
یکی دیگر از مزایای ارائه شده توسط این توری ها این است که می توان به ویژگی های تصویربرداری خاصی دست یافت که با استفاده از توری های مکانیکی امکان پذیر نیست.
توری های پراش نوع لمینار دارای یک سری شیارهای موازی با فاصله مساوی هستند که در یک ماده زیرلایه مانند شیشه یا فلز حک می شوند.
هنگامی که امواج نور از توری عبور می کنند، توسط شیارها پراکنده می شوند و با یکدیگر تداخل پیدا می کنند و در نتیجه الگویی از نقاط روشن به نام الگوی پراش ایجاد می شود.
این توری های چند لایه، نه تنها بر حسب فاصله شیار و عمق پروفایل، بلکه با نسبت عرض سطح به عرض شیار (V=a/b) نیز تعریف می شوند.
شکل4- توری پراش اسپکتروفتومتری نوع لمینار
یک تفاوت آن با توری های سینوسی و بلیز این است که میتوان با بهینه سازی نسبت V=a/b، از برخی مرتبه های پراش جلوگیری کرد که منجر به راندمان پراش بسیار بالا می شود.
حداکثر شدت در مرتبه اول برای طول موج بلیز λ = 4h است و به طور خاص، اگر ارتفاع پله h = λ/4 باشد، زمانی که a و b یکسان باشند، مرتبه صفر ناپدید می شود.
بعلاوه، یک توری پراش اسپکتروفتومتری نوع لمینار معمولاً نسبت به توری های دیگر، انحراف نور کمتری ایجاد می کند اما بازده پراش مرتبه های زوج توری های لمینار با شیار مربعی، نصف بازده پراش توری های دندانه اره ای و سینوسی است.
این توری ها بیشتر برای محدوده اشعه ایکس ایمن (نرم) با بازده بالا مناسب هستند.
توری پراش اسپکتروفتومتری نوع سینوسی دارای مشخصات شیار متقارن و سینوسی است و به همین دلیل، با تابش نور متعامد، پراش مثبت یا منفی با شدتی یکسان صورت می گیرد. بنابراین، بعنوان تقسیم کننده های متقارن پرتو بسیار مفید هستند.
با توجه به چگالی شیار معین، بازده پراش برحسب عمق پروفایل تعیین می شود. از آنجایی که بازده پراش به شدت به قطبش نور فرودی نسبت به شیارهای توری بستگی دارد، برای نور غیرقطبیده، معمولاً بازده پراش کمتری در مقایسه با توری های بلیز به دست می آید.
شکل5- توری پراش اسپکتروفتومتری نوع سینوسی
پروفایل سینوسی این توری ها، امکان کنترل دقیق تری بر الگوی پراش تولید شده را فراهم می کند و در نتیجه وضوح بالاتر و انعطاف پذیری بیشتری در انتخاب طول موج ایجاد می کند.
علاوه بر این، با توجه به طیف گسترده اعداد شیار احتمالی، آنها را می توان از مواد مختلفی از جمله شیشه، فلز و پلیمر ساخته و برای طیف وسیعی از کاربردها مناسب است.
توری های پراش اسپکتروفتومتری را می توان بر اساس شکل آنها به انواع مختلفی طبقه بندی کرد. دو نوع رایج آنها بر اساس شکل عبارت اند از:
توری پراش اسپکتروفتومتری مقعر
توری پراش اسپکتروفتومتری مسطح (تخت)
یک توری مسطح، دارای یک سطح تخت با شیارهای موازی است که در فواصل منظم در آن حک شده است.
پس از فرود نور بر روی توری، هر طول موج با زاویه کمی متفاوت پراش می شود و طیفی از رنگ ها را ایجاد می کند. ساخت آنها آسان است و دقت بالایی در اندازه گیری طول موج ارائه می دهد.
شکل6- شماتیک عملکردی یک توری پراش اسپکتروفتومتری نوع تخت
یک توری مقعر دارای یک سطح منحنی است که معمولاً به شکل یک بخش کروی یا سهمی است. با فرود نور بر روی توری، توسط شیارهای روی سطح منحنی پراکنده شده و بر روی یک نقطه خاص (نقطه کانونی) متمرکز می شود.
به دلیل ایجاد یک طیف متمرکز، توری های مقعر وضوح طیفی بالا و جمع آوری نور کارآمدتری را ارائه می دهند و انحنای توری علاوه بر افزایش شدت نور، به کاهش انحرافات و بهبود وضوح خطوط طیفی نیز کمک می کند.
شکل7- توری پراش اسپکتروفتومتری نوع مقعر
در حقیقت، توری پراش مقعر خواص پراکندگی و تصویربرداری را در یک عنصر واحد ترکیب می کند و آنها را برای سیستم های طیف سنجی مدرن ایده آل می کند.
بر خلاف توری های مقعر کلاسیک، با استفاده از توری های هولوگرافیک که دارای ویژگی های اصلاحی هستند (شیارهای متغیر)، موقعیت خطوط کانونی را در طیف وسیعی تنظیم کرد.
این کار، منجر به روش های جدید و ساده تر برای طراحی سیستم های اسپکتروفتومتری میگردد و امکان استفاده از توری های با دیافراگم بالا با زوایای پراش بزرگ را فراهم می کند.
امیداوریم که این مطلب برای شما مفیده بوده 😍 برای اطلاعات بیشتر از جزئیات عملکرد توری پراش به مقاله “اجزای اصلی در طیف سنج های نوری چه قطعاتی هستند؟” مراجعه کنید.
به شما کاربر عزیز پیشنهاد می کنیم که محصولات شرکت دانش بنیان بلورآزما را نیز مشاهده کنید و در صورت نیاز، می توانید کاتالوگ هر محصول را به صورت جداگانه دانلود نمایید.💐
رای شما:
مقالات منتشر شده در ساعاتی قبل