Как делают такие фильтры-"дифракционные решетки"?

[ilghiz]

Добрый день,

недавно купил на посмотреть вот такой китайский фильтр, чтобы получать сетку структурированного света.

Обнаружил интересную закономерность - если светить на этот "фильтр" светодиодом (синим, зеленым, красным, инфракрасным 950нм) то ничего не получается. Если использовать лазер - то на выходе видна сетка. У меня правда только два лазера было под рукой 405нм, и какой-то красный, наверное 650нм из лазерной указки. Что удивительно, размер рисунка на одном и том же расстоянии меняется от длины волны, причем, при 405нм у меня квадрат получался 559мм, а при 650нм - уже 715мм на одном метре от этого фильтра.

Мне не понятно, почему со светодиодами не получается - это из-за того, что у них спектр не линейчатый, или из-за того, что свет от светолиода не идет полностью параллельно и когерентно.

Очень хочется немного по подробнее понять почему от длины волны зависит и как технологически такие вещи изготавливают. Вдруг кто знает, пожалуйста, расскажите!

Спасибо!

[Dmitriy40]

Изготавливают как и кристаллы микросхем и печатные платы: экспонированием через шаблон и химическим травлением.

А от светодиода не получается чёткой картинки так как светодиоды не выдают монохроматический свет, у них спектр довольно сильно размазан, вот и изображение получается размазанным. Посмотрите в доке на любой светодиод (да хоть такой, тут сразу на все цвета) ширину спектра по половине амплитуды, там десятки (и до сотни!) нм, вот множество изображений каждой линии и накладываются друг на друга.

[ilghiz]

Спасибо большое, Dmitriy40 за объяснения!

Я даже не ожидал, что в такие "игрушки" втыкают довольно сложные технологии, жалко, что повторить изготовление такого фильтра в не супер-пупер оснащенной лаборатории я не смогу.

[Dmitriy40]

Вообще-то дифракционные решётки вроде бы не требуют нанометровой точности, вполне хватит и микронной (от плотности линий зависит качество получаемой картинки), чего несложно достигнуть в любой фотолаборатории (те что ещё умеют работать с проявлением фотоплёнки и увеличителями). Когда-то дифракционные решётки вообще делали царапаньем тонкого напыления (типа как стеклянные зеркала), впрочем рувики говорит что и сейчас так делают. Кстати англовики говорит и о других способах изготовления, я видимо отстал от жизни.

[ilghiz]

Dmitriy40 в сообщении #1574314 писал(а):

Вообще-то дифракционные решётки вроде бы не требуют нанометровой точности, вполне хватит и микронной

Спасибо большое за комментарии!

Да, по идее верно. Примерно как сделать обычную дифракционную решетку на оптический диапазон я понимаю. Меня сильно волнует вопрос как создается такой паттерн. Вот держу я в руках эту пластмассу, и даже под обычным не сильным микроскопом - это просто мутный пластик. То есть я понимаю, что наверное там стоит две дифракционные решетки и что-то между ними, но пока не понимаю, как формируется такой паттерн. Просто хочется понять как этот патерн делается, чтобы, возможно сделать что-то аналогичное из каких-то других деталек.

[Gleb1964]

Взяли лазерный луч, пропустили через расширитель пучка или просто, сделали расходящимся, потом разделили поток светоделителем на два пучка, один пучок опорный, другой для подсветки тест-объекта, после свели пучки на эмульсии, где возник интерференционный паттерн. Если этот интерференционный паттерн закрепить на пластинке, то, если теперь пропускать через нее только один опорный луч, диффракция на структуре создаст и второй пучок, включающий изображение тест-объекта. Угловой масштаб восстановленного изображения зависит от длины волны опорного пучка. Например, если просвечивать одновременно зеленым и красным лазерами, то будут восстановлены две картинки, зеленая, меньшего масштаба, и красная, большего масштаба, пропорционально длине волны.
Светодиоды имеют достаточно широкую спектральную полосу, поэтому изображение будет размыто наложением множества картинок разного масштаба, чем дальше от оси пучка, тем больше размазанность. Кроме того, светодиоды не имеют такой же хорошей пространственной когерентности пучка, способности создавать пучок дифракционной расходимости. Это еще добавляет размытости картинки.
Что касается производства самих фильтров, то, если сделать такую структуру рельефной, то ее можно воспроизводить простым реплицированием, оттиском от мастер-образца. Так и дифракционные решетки реплицируют. Делают одну решетку мастер, с нее делают реплики, далее делают несколько копий мастер-решетки, а уже с них реплицируют. А саму мастер-решетку хранят в неприкосновенности для большей сохранности.

[ilghiz]

Спасибо большое, Gleb1964, что объяснили!!!

Скажите, пожалуйста, а есть ли где-то про это почитать - патенты, например, или статьи, и на какие слова гуглить и ресечгейтить. Хочется повторить, но нет до конца понимания какая химия нужна при получении эмульсии и какая точность нужна при получении паттерна. Целевая задача - с лазерного 800нм светодиода получить структурированный свет. Идеально если сразу совместить линзу после лазера и эту штуковину в одной стекляшке.

PS: интересно, если такие вещи и дифракционные решетки реплицируют, то по идее точность обработки реплицированной поверхности не будет супер-пупер большая. Скажите, пожалуйста, а сколько она должна быть дли ИК (800 или 950нм). Может ее можно на очень точном ЧПУ сделать (изначально методом геометрической оптики промоделировав) и потом реплицировать?