ТГц дифракционные решетки

Скачать статью ТГц дифракционные решетки (PDF, 860 KB)

Изготавливаемые в ООО «ТИДЕКС» дифракционные решетки предназначены для проведения спектральных измерений в ТГц диапазоне. Они представляют собой рельефно-фазовые решетки, работающие на пропускание. Периодическая структура таких решеток создается путем нарезания параллельных штрихов (борозд) на прозрачной подложке. В качестве подложек используются прозрачные в ТГц диапазоне материалы, такие как ТРХ (полиметилпентен) и ZEONEX (циклоолефиновый полимер).

Сферы применения решеток могут быть следующими:

•  ТГц спектроскопия;
•  Приборы терагерцовой диагностики;
•  Электрооптические установки;
•  Астрономия и астрофизика, в том числе космическая;
•  Исследования свойств вещества.

Решетки изготавливаются в четырех стандартных вариантах для следующих полос пропускания, лежащих в диапазоне от 0,3 до 3 ТГц: 0,28–0,55 ТГц; 0,49–0,98 ТГц; 0,87–1,75 ТГц; 1,56–3,12 ТГц. По желанию заказчика возможно изготовление решеток и под другие диапазоны в пределах 0.3–3 ТГц.

Ниже показаны спектры двусторонне-полированных пластин из ТРХ и ZEONEX до нанесения штрихов.

Рис.1 Пропускание TPX пластины толщиной 2 мм

Рис.2 Пропускание ZEONEX пластины толщиной 2 мм

ТГц решетки изготавливаются, как правило, в форме квадрата со сторонами от 35 мм до 70 мм, однако возможно изготовление решеток и других размеров и форм.

Дифракционные решетки могут применяться в различных оптических схемах как без собирающих линз, так и с их использованием, в зависимости от поставленных задач.

Расчеты параметров решеток, интенсивностей дифрагированных волн и положения максимумов первого порядка для отдельных монохроматических волн выполняются в рамках приближения Фраунгофера.

Для проверки работы и сравнения расчетных и экспериментальных данных были проведены измерения характеристик решеток в различных оптических схемах с разными источниками терагерцового излучения. Источниками излучения являлись СЛОН, субмиллиметровый лазер на парах метанола с оптической накачкой перестраиваемым СО₂-лазером (в СПБГТУ Петра Великого), и FEL, лазер на свободных электронах (в Сибирском центре синхротронного ТГц излучения в ИЯФ СО РАН). На рисунках 3 и 4 представлены графики зависимости интенсивности монохроматической волны λ=118 мкм от угла дифракции для решеток из ТРХ и ZEONEX с периодом d=250 мкм, где в качестве источника излучения применялся СЛОН. На рисунках 5 и 6 представлены графики зависимости интенсивности монохроматической волны λ=141 мкм от угла дифракции для тех же решеток с использованием FEL. Во втором случае при измерениях между решеткой и детектором излучения устанавливалась собирающая линза. При сравнении этих графиков видно, что в первом случае линии максимумов нулевого и первого порядков шире, чем в схеме с линзой. Это связано с тем, что собирающая линза фокусирует лучи, идущие параллельно. Эти данные должны быть учтены пользователями при подготовке экспериментов в зависимости от поставленных задач: в случае, когда решетка используется для изучения источников излучения (мощность, форма пучка, распределение энергии и т.д.), линзу в экспериментах можно не применять, а когда ставится задача разрешения спектральных линий, то необходимо использование линзы.

Для дифракционной решетки конкретного диапазона  полосы пропускания, который определяется с учетом критерия Рэлея, интенсивность дифрагированных монохроматических волн зависит от длины волны: в середине диапазона она максимальна и убывает по мере приближения к краям. Например, для дифракционных решеток из ТРХ и ZEONEX с периодом 250 мкм (диапазон пропускания 1,56-3,12 ТГц или 96-192 мкм), как видно из рисунков 3-6, для монохроматической волны с λ=141 мкм (середина рабочего диапазона решетки)  интенсивность в максимумах первого порядка в несколько раз больше, чем для монохроматической волны с λ=118 мкм (ближе к краю диапазона). Это соответствует теоретическим расчетам интенсивности дифрагированных волн и положения максимумов первого порядка для отдельных монохроматических волн в рамках приближения Фраунгофера. Так как при тестировании решеток были использованы разные источники излучения и оптические схемы, значения интенсивностей на графиках ниже выражены в условных единицах.

Рис. 3. Зависимость интенсивности дифрагированной монохроматической волны λ=118 мкм от угла дифракции для дифракционных решеток из ТРХ с периодом d=250 мкм. Источник излучения – СЛОН. Регистрация сигнала проводилась без собирающей линзы.

Рис. 4. Зависимость интенсивности дифрагированной монохроматической волны λ=118 мкм от угла дифракции для дифракционных решеток из ZEONEX с периодом d=250 мкм. Источник излучения – СЛОН. Регистрация сигнала проводилась без собирающей линзы.

Рис. 5. Зависимость интенсивности дифрагированной монохроматической волны λ=141 мкм от угла дифракции для дифракционных решеток из ТРХ с периодом d=250 мкм. Источник излучения – FEL. При регистрации сигнала применялась собирающая ТРХ линза.

Рис. 6. Зависимость интенсивности дифрагированной монохроматической волны λ=141 мкм от угла дифракции для дифракционных решеток из ZEONEX с периодом d=250 мкм. Источник излучения – FEL. При регистрации сигнала применялась собирающая ТРХ линза.

Данные измерения рельефно-фазовых терагерцовых решеток показывают наличие у них высокой светосилы и разрешения рабочих максимумов. Это позволяет с успехом использовать такие решетки при анализе спектров источников излучения, в том числе малой мощности, что является немаловажным для исследований в терагерцовом диапазоне. 

Для получения котировки заполните, пожалуйста,  Форму запроса.