Kırınım ağı

Optikte kırınım ağı, ışığın kırınım yolu ile farklı yönlerdeki hüzmelere dağılmasını sağlayan periyodik bir optik alettir. Buz hüzmelerin yönü ağın periyoduna ve gelen ışığın dalga boyuna bağlıdır.

Kırınım ağlarının temel prensipleri ilk kez 17. yüzyılda astronom James Gregory tarafından keşfedilmiştir.^[1] David Rittenhouse ilk kırınım ağını 1785'te üretmiştir.^[2] Kırınım ağları günümüzde lazerler, hologramlar ve spektrometreler gibi birçok optik aygıt ve üründe kullanılmaktadır. CD ve DVD gibi optik disk'lerdeki ışık yansımaları kırınım ağlarının etkilerine örnek gösterilebilir.

Temel prensipleri

Kırınım ağlarının temeli girişim ve kırınım ilkelerine dayalıdır. Huygens-Fresnel ilkesi ilerleyen bir dalga cephesinin her noktasının bir noktasal dalga kaynağı olarak görülebileceğini öne sürer; dalganın sonraki bir pozisyondaki cephesi bu kaynaklardan çıkan dalgaların yapıcı ve yıkıcı girişimi ile elde edilebilir. Kırınım ağlarındaki periyodik yapılar ise geçirgen veya yansıtıcı olabilir. Bu ağlardan yansıyan veya geçen ışığın kırınım sonucu oluşturduğu dalgalar ağın periyoduna ve ışığın havadaki dalga boyuna göre yapıcı veya kırıcı girişim yapar. Işığın dağılma özelliği sonucu farklı ayrık dalga boyları için farklı açılarda hüzmeler oluşur.Şablon:Sfn Şablon:Sfn

Kırınım ağlarının çalışma prensibi kırınım ağı formülü ile özetlenebilir:

s i n θ_{i} + s i n θ_{m} = m \frac{λ}{d}

Bu formülde $θ_{i}$ ağa gelen düzlem dalganın geliş açısı, $θ_{m}$ ise dağılma açısıdır. $λ$ ve $d$ ise sırasıyla ışığın dalga boyunu ve ağın periyodunu gösterir. $m$ katsayısı ise sadece tam sayı değerler alır ve kırınımın mertebesini belirtir. Sıfırıncı mertebede herhangi bir kırınım gözlenmez.Şablon:Sfn

Bir ampul ışığının üç farklı mertebede kırınımı

Kırınımın mertebesi yükseldikçe ışığın yoğunluğu azalır. Buna karşın daha yüksek mertebelerdeki dalga boyları birbirinden daha kolay ayırt edilebilir; bu durum açısal dağılma olarak nitelendirilmektedir. Açısal dağılma,

𝒟 = \frac{d θ_{m}}{d λ} = \frac{m}{d c o s θ_{m}}

şeklinde ifade edilebilir. Kırınım ağının çözünüm gücü $ℛ$ ise kırınım mertebesi ile periyodik yapı sayısının çarpımına denk düşer.Şablon:Sfn

Genellikle kırınım ağları yansıma veya geçirme prensipleri ile çalışır. Geçirgen ağlar ise genlik ağları ve faz ağları olarak ikiye ayrılır: genlik ağlarda opak, faz ağlarında ise transparan periyodik yarıkların kullanılması ile ışığın modülasyonu gerçekleşir.Şablon:Sfn Şablon:Sfn Yansıtıcı ağlar genellikle alüminyumun termal buharlaştırılma ile cam yüzeye çökeltilmesi ile üretilir.Şablon:Sfn Kırınım ağları aynı zamanda transparan bir malzemedeki kırınım indisinin periyodik bir şekilde değiştirilmesi ile de elde edilebilir; bu ağlar holografik hacim ağları olarak bilinmektedir.^[3] Şablon:Clear