Градильня что это: Что такое градирни, виды, типы, предназначение и принцип работы

Градирня — это | Группа компаний АКВАНН

Принцип работы.

Градирня представляет собой сооружение для охлаждения воды в оборотных системах водоснабжения.

В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластмасс, при химической очистке веществ, для охлаждением оборудования в целях предохранения его от быстрого разрушения под влиянием высоких температур (например, цилиндров компрессоров, кладки производственных печей) и т. п. В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов.

Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха (вентиляторные градирни). При испарении 1 % воды, температура оставшейся массы понижается на 5,48 °C.

Более подробно вы можете посмотреть в данном видео:

Основные типы градирен:

Градирни

Подробности

Мы поставляем Мокрые Градирни Открытого типа производства Бельгии и Германии
Мы поставляем Мокрые Градирни Закрытого типа производства Германии
Мы поставляем Драйкулеры европейского производителя Thermokey
Мы предлагаем квалифицированный расчет и подбор всех типов градирен и драйкулеров

   Градирни — это устройства для незначительного охлаждения теплой воды воздухом окружающей среды. «Незначительное» означает, что после градирни вода не становится ледяной, как в чиллере (+7 градусов, а возможно и с минусовым значением). Температура поступающей воды в градирню — около 40-50 градусов, после  — 25-30 градусов (в лучшем случае).
   Необходимость охлаждать теплую воду возникает, если того требует технологический процесс на производстве или в случае охлаждения воды для чиллера с водяным конденсатором.
   Градирня, имеет несколько вариантов исполнения, но основных типов — 2: мокрые открытого и закрытого типа, а так же сухие.

Мокрая градирня открытого типа.

   Чаще всего мокрая градирня ассоциируется с башенными градирнями, которые можно увидеть рядом с ТЭЦ или гигантскими предприятиями. Но для большинства предприятий мощностей башенных градирен — не требуется. 

   Мокрая градирня открытая или градирни открытого типа — принцип её действия такой же как и у башенной, только в отличие от первой открытая мокрая градирня вполне транспортабельна и диапазон её производительности достаточно широк, т. к. в большинстве случаев такая конструкция представляет из себя модуль и соединением нескольких модулей достигается требуемая производительность.

   Принцип действия градирни основан на разбрызгивании через форсунки горячей воды от чего собственно и происходит ее охлаждение. Очень часто к этому процессу добавляется обдув потоком воздуха при помощи осевых вентиляторов.
   Башенные грдирни — используются для охлаждения больших объемов воды, в несколько раз превышающих объемы воды на промышленных предприятиях. Это оборудование применяется преимущественно на тепловых и атомных электростанциях.

Мокрая градирня закрытого типа.

   Градирня в которой основной водяной контур не соприкасается с окружающей средой, но в которой всё же используется принцип снижения температуры за счёт испарения — называется мокрая градирня закрытого типа. В основе её действия — теплообменник (как вариант пучок труб), расположенный в корпусе который омывается водой и обдувается воздухом окружающей среды. В результате такой комбинации возможно получение температуры воды на выходе из градирни приближённо равной температуре мокрого термометра, а так же безопасно использование в зимний период, т.к в основном контуре может применяться не замерзающая жидкость.

Варианты использования градирни — в системах охлаждения

   Одним из важных моментов для наиболее эффективного использования градирен в водооборотной системе является оптимальный выбор схемы гидравлических контуров подключения. Схемы гидравлических контуров могут различаться в зависимости от количества градирен, используемых в одном контуре, а также от характера потребителя. Диапазон регулирования производительности водоохладителя определяется характером потребителя. Самый простой гидравлический контур отдельной градиpни, используемый для одного участка обслуживания, приведен на рис. 1.

   Вода из градирни поступает в бак, откуда циркуляционным насосом подается потребителю и далее.

  В области промышленного строительства, особенно когда расход воды, циркулирующий через охладитель потребителя заметно меньше расхода воды, циркулирующего через градирни, применяется схема, приведенная на рис. 2.  Здесь обратная вода, поступающая от потребителей, отстаивается в накопительных емкостях (объем которых рассчитывается примерно на 5-10 минут работы установки). Из нее насос (насосы) контура приготовления рабочей жидкости откачивают воду на испарительные грaдиpни. Из оборудования охлажденная вода поступает в аналогичную ванну. Основная отличительная черта такой схемы — гидравлическая независимость контуров приготовления рабочей воды и потребления, обеспечиваемая наличием компенсационной трубы между емкостями (может 1-использоваться также и одна емкость с перегородкой, обеспечивающей перелив между ее частями). Вследствие этого совершенно не обязательно постоянно регулировать мощность градирен в соответствии с требованиями пользователя. Вентиляторы градирен могут работать в режиме просто «Вкл/Выкл». Кроме этого, каждая такая градиpня работает всегда с полной нагрузкой и обеспечивает максимально возможное охлаждение воды для данных погодных условий. Обе схемы не чувствительны к заморозкам, поскольку данное оборудование полностью дренируются в накопительные емкости, устанавливаемые в помещении, либо расположенные под землей.

Размещение и эксплуатация градирни (с осевыми вентиляторами)

   Для обеспечения удобства и безопасности обслуживания гpадиpни должны иметь площадки, устроенные в соответствиями с требованиями соответствующих СНиП. Перед началом эксплуатации вентиляторной градиpни нужно проверить гидравлическую плотность трубопроводов, резервуаров, а также состояние установленной арматуры.
Оптимальный вариант, когда каждый водоохладитель устанавливается на крыше отдельно. Если это не возможно, то выбор места установки должно быть таким, что бы не возникало рециркуляции (рис.3) При этом нужно учесть возможные порывы ветра (подветренная сторона) и ближайшее расположение строений, которое может изменить поток нагнетаемого воздуха  назад в воздухозаборник.

Рис.3 Влияние  ветра и преград 

   Перед первым пуском необходимо осуществить промывку водяных магистралей для удаления сора и окалины, которые могли там образоваться в процессе проведения сварочных работ, и затем визуально проверить равномерность работы всех форсунок. Все обнаруженные дефекты должны быть устранены до начала эксплуатации. Периодические осмотры градиpен рекомендуется производить не реже чем один раз в месяц. Текущие ремонты градирен должны производиться по мере надобности, но не реже одного раза в год, и приурочиваться, по возможности, к летнему времени. В объеме текущих ремонтов входят работы, не требующие остановки градирни на длительный срок, например очистка и ремонт водораспределительного устройства, трубопроводов и сопел, водо-уловителей, приведение в порядок регулировочных и запорных устройств. При капитальном ремонте выполняются все работы, требующие длительного отключения оборудования: устранение повреждений оросителя, водораспредельной системы, ремонт или замена вентиляторной установки и др.

Эксплуатация градирни в зимнее время

   В зимнее время эксплуатация может усложняться из-за обмерзания их конструкций, особенно это относится к градирням расположенным в суровых климатических условиях. Обмерзание градирен может привести к аварийному состоянию, вызывая деформации и обрушение оросителя из-за дополнительных нагрузок от образовавшегося на нем льда. Обмерзание гpадирни начинается обычно при температурах наружного воздуха ниже -10°С и происходит в местах, где входящий в гpадирню холодный воздух соприкасается с относительно небольшим количеством теплой воды. Внутреннее обледенение является опасным потому, что из-за интенсивного туманообразования оно может быть обнаружено только после разрушения оросителя. Поэтому в зимний период не следует допускать колебаний тепловой и гидравлической нагрузок, необходимо обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по площади оросителя и не допускать понижения плотности орошения на отдельных участках. В связи с большими скоростями входящего воздуха плотность орошения в вентиляторных градирнях в зимнее время целесообразно поддерживать не менее 10 м³/м² (не ниже 40% от полной нагрузки). Критерием для определения необходимого расхода воздуха может служить температура охлажденной воды. Если расход поступающего воздуха регулировать таким образом, чтобы температура охлажденной воды не была ниже +12^oC … +15°С, то обледенение грaдирен обычно не выходит за пределы допустимого. Уменьшение поступления в градирню холодного воздуха может быть достигнуто отключением вентилятора или переводом его на работу с пониженным числом оборотов. Исключить обледенение градирен можно путем подачи всей воды только на часть градирен с полным отключением остальных, иногда со снижением расхода циркуляционной воды. Нагнетательные вентиляторы подвержены обмерзанию. Это может вызываться двумя причинами: попаданием на вентилятор водяных капель изнутри оборудования и рециркуляцией уходящего из градирни воздуха, содержащего мелкие капли воды и пар, который конденсируется при смешении с холодным наружным воздухом. В таких случаях можно избежать обледенения лопастей вентилятора следующими способами: — снизить скорость вращения вентилятора, — проконтролировать давление перед форсунками и при необходимости произвести их очистку, — использовать стеклопластиковые  рабочие колеса, — использовать автономный обогрев обечаек вентилятора с помощью гибких электронагревателей. Следует отметить, что неравномерное образование льда на лопастях может приводить к разбалансировке и вибрации вентилятора. Если в зимний период по какой-либо причине производилось отключение вентиляторов градирен, то перед их пуском необходимо проконтролировать состояние обечаек на наличие на них наледи. При обнаружении наледи ее необходимо удалить во избежание поломки рабочих колес вентиляторов.

Методика подбора градирни

Первоначально необходимо определить следующие исходные данные:
Q_Г, кВт — тепловой поток (количество тепла), который необходимо отвести в окружающую среду,
Тмт, °С — температура мокрого термометра в самое жаркое время, характерная для данного региона,
Твых, °С — температура воды, которая должна быть получена в конце процесса охлаждения.

Необходимо отметить, что тепловой поток для воздушных компрессоров обычно не превышает электрической мощности привода компрессора; тепловой поток для холодильной машины представляет собой сумму холодопроизводительности и электрической мощности привода компрессорного агрегата; тепловой поток для технологических установок, где не происходит сжигания каких-либо видов топлива, обычно не превышает электрической мощности приводов и т.д. Температура мокрого термометра определяется по СНиП 23.01-99 «Строительная климатология», или предварительно по данным из Таблицы 1.

Расчетные параметры атмосферного воздуха.  Таблица 1. 

   Температура воды, которая должна быть получена в конце процесса охлаждения в, обуславливается техническими параметрами охлаждаемого оборудования и, как правило, указана в паспортных данных оборудования. Определив необходимые параметры, можно произвести предварительный подбор градирни, используя кривые охлаждения для различных значений tмт.
Пример.
Необходимо произвести подбор гpадирен для охлаждения компрессорной станции в г. Петрозаводске. В состав станции входят 3 компрессора 4ВМ10-63/9 с приводом Мэ=380 кВт каждый, причем в работе постоянно находятся два компрессора.

Решение.

Определяем суммарный отводимый тепловой поток:

По таблице расчетных параметров атмосферного воздуха определяем температуру мокрого термометра:

    В паспортных данных компрессора находим температуру на входе в систему охлаждения компрессора равную температуре на выходе:
tВЫХ=25 °С
    Используя кривые охлаждения для температуры мокрого термометра, находим точки пересечения линий, соответствующие суммарному отводимому тепловому потоку и температуре на выходе из градиpни с кривыми охлаждения. Из построения определяем, какое оборудование обеспечит необходимый тепловой поток.

Сухие градирни (Драйкуллер)

   Этот вид оборудования по конструкции гораздо проще чиллера, поскольку не имеет холодильного контура. Вода в сухих градирнях охлаждается в пластинчатых теплообменниках, на которые несколько вентиляторов направляют уличный воздух. Таким образом, сухие градиpни стоят вне производственных помещений. В среднем термодинамический предел сухих градирен составляет порядка 5 градусов. Это означает, что если на улице температура воздуха установилась на уровне +35°С, то грaдирня способна охлаждать воду до температуры +40°С — для охлаждения гидравлической жидкости или конденсатора чиллера — вполне приемлемая температура. Если на улице ниже +10°С, то градирня элементарно может заменить собой чиллер (точнее временно заменить), снабжая водой не только теплообменник гидравлического контура ТПА, но и охлаждая пресс-форму, для чего нужна вода температурой от +5°С до +15°С. С учетом того, что в градирнях охлаждение осуществляется атмосферным воздухом при помощи вентиляторов, не требующих большой мощности, то по сравнению с чиллерами они позволяют добиться экономии электроэнергии. Очевидно, что круглогодично одной только градирней обойтись нельзя, так как в нашей стране, кроме зимы приходит и очень теплое лето — совсем без чиллера не обойтись. С другой стороны — по настоящему теплая погода держится не более 4-5 месяцев кряду. Какой смысл гонять чиллер остальные 7-8 месяцев, когда температура за окном лежит в пределах от -10°С до +10°С. Но не смотря на это сухие градиpни все еще являются невостребованным оборудованием. Даже не смотря на то, что при использовании комбинации чиллер — драйкулер возможно добиться ежегодной экономии электроэнергии до 40%.
    Существуют гpaдирни, которые напрямую подключаются к гидравлическому контуру. В них циркулирует не гликолевый раствор, а непосредственно гидравлическая жидкость. В итоге из схемы устраняется посредник в виде промежуточного теплоносителя, что только повышает эффективность охлаждения. В результате гидравлика охлаждается экономичной сухой градиpней, а чиллер обслуживает исключительно пресс-форму и узел инжекции. Это позволяет реализовать очень экономичную двух-температурную схему энергосбережения. Однако на базе чиллера и градирни можно реализовать схемы энергосбережения в более привычном виде.
Сухие охладители разработаны для наружной установки, поэтому для предотвращения замерзания в холодное время года, необходимо добавлять гликоль.

    Использование сухих охладителей имеет следующие преимущества:

• • Нет расхода воды. Охладители работают в закрытом контуре, поэтому нет необходимости в добавлении воды в систему, за исключением тех случаев, когда это вызвано небольшими утечками из крепежных соединений или при замене комплектующих;

  • Не загрязняется производственная вода;
  • Монтаж охладителя очень прост;
  • Вновь установленные блоки хорошо взаимодействуют с уже существующими охладительными системами;
  • Период окупаемости — короткий.

   

  Устройство градирни

    Устройство градирни: градирня (если не говорить о мокрой градирне) это рядный трубчатый теплообменник, с установленными на его корпус вентиляторами. Градирня предназначена для охлаждения воды или водного раствора незамерзающей жидкости (гликоля) с водой, который циркулирует по контурам из медных трубок в корпусе градирни.

   

  Устройство градирни — схема

    Схема градирни или драйкулера включает в своей конструкции блок из одного или нескольких теплообменников и мощные вентиляторы обдува этих теплообменников (радиаторов). Теплоноситель оборотной системы охлаждения, чаще всего вода, нагревается в рубашках охлаждения тепловыделяющих агрегатов. Далее теплоноситель насосом подается в теплообменники — градирни, где, под воздействием обдува вентиляторами, охлаждается до требуемой температуры. Далее охлажденная вода вновь поступает к потребителям. 

Эксплуатация градирен в зимнее время — наши специалисты дадут вам рекомендации.

Для чего нужна градирня и принцип её работы. На примере Благовещенской ТЭЦ — Александр Головко

В 2014 году я первый раз побывал на ТЭЦ, посмотрел всё изнутри и досконально изучил принцип работы данного типа электростанции. По итогам той поездки я написал пост — Как работает ТЭЦ или Благовещенская ТЭЦ — взгляд изнутри. Что же такое градирни? Это то, с чем у любого нормального человека ассоциируется ТЭЦ, но это лишь верхушка айсберга. Самое время сорвать покровы и разобраться с этой нехитрой конструкцией. Мне повезло, я смог посмотреть на процесс строительства новой градирни и побывать внутри действующей конструкции.

02. Посмотрите какая красота! Такое ощущение, что это кадр из какого-то фантастического фильма, но нет, это я снял внутри самой охлаждающей башни, огромного холодильника, или если называть вещи своими именами, обычной градирни каких по всей стране понастроено великое множество.

Для начала давайте обратимся к простым формулировкам, а потом попробуем их расшифровать:

Градирни — это специальные устройства для охлаждения большого количества воды посредством направленного потока воздуха. Также их называют охладительными башнями — это более понятно звучит.

Башенная градирня – это одно из наиболее эффективных устройств для охлаждения воды в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий. Высокая башня создает ту самую тягу воздуха, которая необходима для эффективного охлаждения циркулирующей воды. Вытяжные башни служат для создания естественной тяги благодаря разности удельных весов воздуха, поступающего в градирню, и нагретого воздуха, выходящего из градирни. Под оросителем располагается водосборный резервуар. Вода подается в водораспределительное устройство по размещаемым в центре градирни стоякам. Благодаря высокой башне одна часть испарений возвращается в цикл, а другая – уносится ветром. Из-за этого в округе не образуется сырости, тумана и обледенений в зимнее время, хотя возможно появление льда вокруг оросительных устройств.

03.

Вода на электростанциях нужна для охлаждения технических узлов и агрегатов. В процессе охлаждения она нагревается и при этом она движется по замкнутому контуру, иначе говоря по кругу. Так вот, в эту цепь встраивают градирню, которая и охлаждает воду. Если рядом с электростанцией есть озеро или водоём, то вода для охлаждения берётся оттуда и соответственно градирню в таком случае строить необязательно. Важно отметить, что существует несколько видов градирен, но мы сейчас говорим о самой распространённой — градирне башенного типа. Помимо этого, существуют ещё башенные и вентиляторные градирни, у всех есть, как и свои плюсы, так и свои минусы.

Первую башенную градирню в нынешнем её виде построили в 1918г. в Нидерландах в городе Херлен. Её изобрел профессор машиностроения и директор голландских государственных шахт Фредерик ван Итерсон. Ему удалось создать максимально эффективную охлаждающую конструкцию, как в технологическом, так и в экономическом отношениях. До этого градирни не имели постоянной формы.

04.

Как происходит процесс охлаждения воды

Градирня в виде башни относится к испарительному типу градирен, внутри конструкции происходит передача тепла от жидкости атмосферному воздуху при поверхностном испарении при непосредственном контакте сред. Башенная градирня представляет собой конструкцию, в которой из-за разности давлений внутри и снаружи башни создается естественная тяга. В нижней ее части расположены технологические элементы — система водораспределения, ороситель, водоуловитель. Башенные градирни могут отличаться друг от друга формой, размерами, отдельными технологическими решениями, но в основе лежит один и тот же принцип работы.

Горячая вода из водораспределительной системы при помощи сопел разбрызгивается по всей площади орошения. Вода, попавшая на оросительное устройство, образует на его поверхности тонкую пленку или дробится на очень мелкие капли. На всей получившейся поверхности происходит процесс испарения, за счет чего и понижается температура оборотной воды. А благодаря тяге, создаваемой за счет перепада высот, насыщенная теплыми парами капельно-воздушная смесь отводится из градирни.

Если в двух словах — вода падает вниз, а воздух, который идёт вверх наперекор воде охлаждает жидкость, вот так всё просто и легко.

05. Из-за постоянного испарения внутри градирни всегда стоит туман.

06.

07. Вот так происходит процесс орошения горячей воды.

08. Мы уже разобрались, что вода стекает вниз, выглядит это так словно идёт дождь! Если подойти к градирне поближе, то можно самому посмотреть, как это выглядит со стороны.

09.

09. Посмотрите на основание градирни и обратите внимание на трубы, идущие из-под земли, по ним вода поступает в градирню, и по ним же уходит в систему. А ещё в самом внизу можно увидеть, как бы «распахнутые окна» градирни, через эти отверстия воздух нагнетается в башню, они кстати регулируются. Представьте себе жалюзи, тут действует примерно аналогичный принцип.

10. Поближе.

11. Вот тут очень хорошо видны все элементы основания градирни.

12. Ещё несколько атмосферных фотографий, на закуску!

13.

14. Вот так выглядит основание строящейся градирни.

Интересный факт!

Во время Второй мировой войны правительство Великобритании для защиты собственных электростанций от возможных ударов немецких войск камуфлировало градирни и стоящие рядом объекты под обычные городские поселения. На стены башен наносились рисунки домов и деревьев, чтобы заметные издалека стратегически важные объекты не были заметны.

15. Я напишу ещё один пост, посвящённый Благовещенской ТЭЦ, он будет посвящён строительству второй очереди электростанции.

Вот здесь очень интересная попсовая статья про различные градирни мира — http://zavodtriumph.ru/articles/452

Добавь в друзья!

Я в ВК || Группа в ВК || YouTube || Я в ОК || Твиттер || Хоккейный твиттер || Я в FB || Я в Google+ || Мой Instagram || RSS

Сухая градирня (драйкулер). Преимущества и принцип работы.

 Драйкулер (dry cooler) это устройство для охлаждения жидкости, использующееся в современных системах кондиционирования, так и самостоятельно для обеспечения охлаждения в разных сферах промышленности.

 Включает в себя теплообменник с трубками из меди  либо других металлов и оребрением из алюминия (хотя так же могут использоваться различные металлы и покрытия) и осевые или центробежные вентиляторы, которые осуществляют обдув теплообменника воздухом. В некоторых случаях вентиляторы оснащаются регуляторами скорости вращения для более точного поддержания температуры жидкости.

 Обычно драйкулеры устанавливаются на открытом воздухе, однако некоторые производители, к примеру RC Group, выпускают модели и для внутренней установки, рассчитанные на подключение к системам воздуховодов, что позволяет использовать их в случае, когда по каким-либо причинам наружная установка не возможна (подземные помещения, бункеры, и т.д).     

Рис.1- Cухая градирня а) Наружной установки с V-образным теплообменником производства Alfa Laval ; б) Внутренней установки с центробежными вентиляторами производства RC Group

Принцип работы

 Принцип работы драйкулера предельно прост. Жидкость, которую необходимо охладить поступает в теплообменник, продвигаясь по которому она постепенно охлаждается за счет обдува внешним воздухом с помощью вентиляторов. 

 Необходимо помнить, что драйкулеру для охлаждения часто необходимы значительные объемы воздуха, и поэтому его необходимо устанавливать так, чтобы не было препятствий на входе и выходе воздуха из драйкулера.  

Рис.2- принцип работы сухой градирни

Рис.3-схема работы системы кондиционирования на базе сухой градирни

Область применения сухой градирни

 Драйкулеры имеют широкую область применения. Они могут использоваться самостоятельно для охлаждения воды или других технологических жидкостей в химической, пищевой, перерабатывающей и других отраслях промышленности.

 Увеличение стоимости электроэнергии приводит к необходимости использовать оборудование с низким энергопотреблением. Тем самым, возрастает спрос на сухие градирни, которые могут использоваться в зимний период в для работы в системах естественного охлаждения. Данное решение позволяет устраняет необходимость работы чиллеров в зимний период, продлевая их срок службы и обеспечивая значительную экономию электроэнергии.

 Так же драйкулеры могут работать в составе систем кондиционирования, например для охлаждения контура конденсатора для чиллеров с водяным охлаждением.

 Получить консультацию специалиста, Рассчитать и приобрести сухую градирню Вы можете в нашем интернет-магазине позвонив по номеру : (044) 50-000-53 или заказать ОБРАТНЫЙ ЗВОНОК.

Преимущества и недостатки драйкулера

  Надежная работа трубопроводов и насоса на длительный срок;

  Прост в монтаже и эксплуатации;

  Минимум сервисного обслуживания;

  Достаточно короткий срок окупаемости;

  Энергоноситель не испаряется за счет циркуляции по замкнутому контуру;

  Легкое внедрение новых блоков в функционирующую систему охлаждения;

  Возможность использовать практически любой антифриз;

  При эксплуатации сухая градирня не повышает уровень влажности в воздухе, и не загрязняет окружающую среду химическими соединениями.

 Один из главных недостатков драйкулера- невозможность охлаждать хладоноситель ниже температуры уличного воздуха . В летний период, когда от оборудования требуется максимальная производительность, эффективность его работы уменьшается.

 Драйкулеры не могут охладить жидкость ниже температуры окружающей среды, что сильно ограничивает область их самостоятельного применения 

ГРАДИРНИ-ПРАГМА-ЭЖЕКЦИОННЫЕ-ИЦВК

Градирни – что это такое?
ГРАДИРНИ – это устройства для охлаждения воды на промпредприятиях, ТЭС, АЭС, т.е. везде, где для осуществления технологического процесса требуется охлаждение оборудования за счёт передачи тепла воде. Почему именно воде? Потому что вода – самое распространённое вещество на поверхности земли, у неё высокая теплоёмкость – способность аккумулировать и переносить тепловую энергию. Более того, воду легко охладить, поскольку можно применить процесс испарительного охлаждения, который позволяет получать температуру воды ниже температуры воздуха, измеренной обычным термометром. Теплоносителем в большинстве градирен является вода, а хладагентом – атмосферный воздух.
Какие бывают градирни?
Тип градирни определяется способом нагнетания охлаждающего воздуха и способом его контакта с водой. Градирни бывают следующих типов:
	БАШЕННЫЕ ГРАДИРНИ, которые применяются большей частью на ТЭС, АЭС и предприятиях чёрной и цветной металлургии.  Такие, как в известной игре STALKER (Зов Припяти).  Башенная градирня состоит в основном из железобетонной или металлической башни, установленной на водосборном бассейне. Высота такой башни достигает 180 м, диаметр в основании – до 120 м, то есть в неё можно «поставить» Исаакиевский собор.			ВЕНТИЛЯТОРНЫЕ ГРАДИРНИ отличаются от башенных градирен тем, что вместо строительства вытяжной башни применяют для обеспечения необходимого расхода воздуха вентиляторы. Марки типовых секционных градирен с вытяжным вентилятором означаются по диаметру вентилятора, выраженному в дм: ВГ-25, ВГ-50, ВГ-70. Марки отдельно стоящих вентиляторных градирен
Башня может быть как круглой в плане, так и квадратной, восьмигранной и пр. Эта башня пустая внутри, только в самой нижней её части расположены система водораспределения, ороситель и водоуловитель, которые располагаются над воздуховходными окнами, имеющими высоту 3-7 м. Ороситель – это развитая поверхность тепломассообмена, предназначенная для максимизации площади контакта воды и воздуха. Ороситель может быть плёночным – из специальных гофрированных полимерных листов, а также капельным – в виде полимерных сеток. Раньше применялись асбестоцементные листы и деревянные оросители. Водоуловитель, часто называемый каплеотбойником, предназначен для сепарации капельной влаги из потока восходящего воздуха. Принцип действия башенной градирни			большой производительности обозначаются их площадью: СК-400, СК-1200. Марки вентиляторных градирен малой производительности обычно включают расход на такую градирню в м3/ч  (ГРАД-90, ГРД-350, Росинка-80/100) или теплосъём такой градирни в кВт (ГПВ-180, НИАГАРА-3500). Скорость воздуха в вентиляторных градирнях – от 2 до 4 м/с. В вентиляторные и башенные градирни вода может подаваться под напором около 10 м вод. ст. и меньше, вплоть до распределения воды не по трубам, а по лоткам. Вентиляторные градирни без оросителя называют брызгальными. Вентиляторная градирня требует обязательного резервирования как самой градирни (её секции), так и запчастей. Наверх
самый простой: тёплая вода разбрызгивается надоросителеми и нагревает находящийся вокруг воздух. Воздух становится легче (меняется его удельный вес) и начинает подниматься вверх, «всплывать» на фоне окружающего градирню более тяжёлого воздуха. Возникает тепловая тяга, как в вытяжной трубе печи. Скорость воздуха и его расход напрямую зависят от температуры охлаждаемой воды, от высоты башни и от аэродинамического сопротивления внутренних конструкций градирни, прежде всего оросителя и водоуловителя. Устройство башенной градирни самое простое, расходы на электроэнергию для подачи воздуха нулевые, но цена				«СУХИЕ» ГРАДИРНИ (они же «драйкулеры», они же аппараты воздушного охлаждения – АВО, они же – градирни закрытого типа) применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить отсутствие непосредственного контакта воздуха и воды. Это нужно обеспечивать, если стоят повышенные требования по качеству воды, подаваемой на охлаждаемое оборудование, а
градирни – самая высокая, примерно вдвое дороже вентиляторной градирни. Зато очень высока надёжность. В СССР и России применяются типовые конструкции башенных градирен, такие как БГ-750, БГ-3200, БГ-10000 и пр., где число обозначает площадь градирни в квадратных метрах. Чем больше площадь градирни, тем обычно больше её высота. Наверх			также тогда, когда охлаждается не вода, а вещество, не подверженное замерзанию (например – этиленгликоль), но – ядовитое. Также «сухие» градирни применяют в местах, где очень остро стоит проблема нехватки пресной воды, например в южных пустынных странах. Воздух здесь подаётся вентилятором, а вода проходит через оребренные трубы. В «сухих» градирнях нельзя
			достичь такой низкой температуры охлаждаемой жидкости, как в перечисленных выше «мокрых» градирнях. Наверх
И, наконец, еще один тип градирен, который получает все большее распространение в последнее время — это эжекционные градирни.
	ЭЖЕКЦИОННЫЕ ГРАДИРНИ используют для нагнетания воздуха сам процесс разбрызгивания охлаждаемой воды под напором 20-55 м вод. ст. Особенностью эжекционных градирен является наличие эжекционного канала. По этому признаку их можно чётко отличить от брызгально-эжекционных градирен. Эжекционные градирни надёжнее вентиляторных, поскольку вместо двух нагнетательных аппаратов (насос для воды и вентилятор для воздуха) применяется только один – насос с обязательным резервированием. Кроме того, в эжекционной градирне нет оросителя, а чем меньше число объектов в технической системе тем она надёжнее по определению. Эжекционная градирня безопасна для людей, поскольку к ней не надо подводить электроэнергию, она не издаёт низкочастотного шума и не имеет движущихся механизмов. Особенно эжекционные градирни востребованы в России – стране с жёстким климатом и оставляющей желать лучшего культурой эксплуатации технических объектов.
Эжекционная градирня – явление в технике сравнительно молодое, хотя теоретические разработки были ещё во времена СССР, а фирма BAC (США) выпускала эжекционные градирни серийно достаточно давно. Основные марки эжекционных градирен: ПРАГМА (СПб, сокращение от «прямоточный распылительный аппарат – градирня малогабаритная») и ЭГРА (В. Новгород, сокращение понятно – «эжекционная градирня») Наверх
До какой температуры можно охладить воду в градирнях?
Теоретически воду можно охладить до температуры воздуха по мокрому термометру. Для этого нужна бесконечно большая градирня и, соответственно, бесконечный расход воды через градирню. Фактически вода может быть охлаждена (в экономически приемлемых диапазонах цены градирни) до температуры на 3-5 градусов выше. Для средней полосы России температура мокрого термометра составляет летом 20оС, то есть говорить об охлаждении воды до 20оС экономически не целесообразно. Если надо действительно получить летом воду с низкой температурой, то имеет смысл применить холодильную машину. Но при этом надо учесть, что цена холодмашины на порядок больше цены градирни и холодмашина большой мощности обычно должна сама охлаждаться той же градирней. Говорить о низкой температуре воды в «сухой» градирне не приходится – там пределом охлаждения является температура воздуха по сухому термометру и если на улице 35оС – ниже этого никак. Наверх
Сколько градусов снимает градирня?			Какая градирня выгоднее?
Градирня снимает не градусы, а тепловую мощность, обеспечивает теплосъём. Тепловая мощность не зависит от градирни – тепло выделяет охлаждаемое оборудование (печь, компрессор, холодмашина, ректификационная колонна и пр. ). Любое тепло, за исключением каких-то экстремальных случаев – когда мощность и температура очень велики, градирня снимет. Но – чем больше тепла поступит на градирню, тем выше будет температура охлаждённой воды. Что такое в данном случае тепло? Грубо – это произведение расхода воды на перепад её температуры. При этом это произведение равно для градирни и для охлаждаемого оборудования. Большинство систем оборотного охлаждения воды построены по двухконтурной схеме: мы можем прокачивать через градирню как столько же воды, как через оборудование, так и больше (летом) и меньше (зимой). Пример. Надо охладить печь. По паспорту на печь температура на входе печи должна быть не выше 30оС, а перепад температуры может достигать 40оС, расход – 200 м3/ч. Имеем тепловую мощность 40х200=8000. Решено применить малогабаритную (умещающуюся целиком в еврофуру) градирню. Для прикидочного расчёта градирни можно считать (в данном случае – с большим запасом надёжности), что градирня снимет не менее 5оС при номинальном расходе через неё и стандартных метеоусловиях лета. Делим: 8000/5=1600 м3/ч, т.е. через градирню (градирни) надо качать в 8 раз больше воды, чем через печь. Любая компактная градирня вне зависимости от типа охлаждает примерно одинаково, но вентиляторные градирни боятся высокой температуры воды – пластики оросителя не работают долго. Вывод: применяем эжекционную градирню ПРАГМА. Далее – вопрос технико-экономического обоснования (ТЭО) на основе более точного расчёта градирни и параметров, заложенных в инвестиционный проект.Понятно, что цифры приведены условно, но принцип – понятен. При реальном расчёте градирни учитывается тот факт, что теплосъём градирни увеличивается при повышении температуры охлаждаемой воды и понижении температуры и			Вопрос поставлен правильно. Не дешевле, а именно выгоднее, поскольку дешёвое не бывает выгодным: мы не такие богатые люди, чтобы покупать дешёвые вещи. «Дешёвая» градирня никак не вписывается в понятие «надёжная» по вполне ясным причинам: качество материалов, применяемые технологии производства, профессионализм проектировщика, сварщика и монтажника. Ключевое понятие – «стоимость владения», причём речь идёт отнюдь не только о цене приобретения градирни. Здесь надо учесть следующее: Каков планируемый срок эксплуатации этой градирни? Если это – 3-5 лет, то вполне достаточно и вентиляторной градирни с корпусом из чёрной стали. Если её не красить каждый год, то такая градирня столько и прослужит (в том, конечно, случае, если раньше не сломается вентилятор и не обрушится от обмерзания ороситель). Если надо 25 лет – однозначно эжекционная градирня, выполненная полностью из нержавейки. Такая градирня полностью окупается за1-2 года, а потом начинает давать прибыль. Исходный пункт – срок окупаемости инвестпроекта. Какова цена простоя основного производства? Градирня как вспомогательное оборудование обязана быть надёжнее основного оборудования. А чем меньше элементов включено в техническую систему, тем она надёжнее. В этом плане вентилятор и ороситель, пластиковые форсунки – объективное зло, хотя бы потому, что их надо постоянно покупать (как аналог – вспомните цену на расходные материалы для цветных лазерных принтеров и «бритвенных систем»). Каковы требования по промбезопасности? И  не только «пром». Если градирня установлена рядом с обитаемыми помещениями (на крыше торгового центра, к примеру), если Ростехнадзор делает проверки на возможность возгорания от искры, а охрана труда заботится о тружениках – тогда ПРАГМА без вопросов. Вы же не хотите, в самом деле, чтобы градирня кого-то убила (а такие случаи есть)?.. Наверх
влажности воздуха. Расчёт градирни производится итерационным процессом, для чего используется компьютерная программа. Наверх
Как эксплуатировать градирню зимой?
Эксплуатация градирен зимой – вопрос особо острый. Если «упустить» момент начала образования льда, то градирня и её элементы могут разрушиться по причине распирающего действия ледяной массы. Обычно это происходит в следующих случаях:
В нижней части оросителя вентиляторной или башенной градирни, где самый холодный воздух контактирует с самой холодной водой. Для предотвращения этого применяют щиты, тамбуры и поворотные жалюзи на воздуховходных окнах градирен; обратный пуск вентиляторов; тепловые завесы в нижней части больших вентиляторных и башенных градирен, предусматривающие разбрызгивание зимой до половины расхода воды на градирню в пространстве под оросителем. При наличии в компактной градирне бака с плоским днищем, где может оставаться часть воды и замерзать при сильном морозе в режимах периодических пусков и остановок работы градирни. В режиме пуска-останова зимой обмерзают лопасти вентиляторов, что часто приводит к их разбалансировке, вибрации и выходу из строя. В верхней части башенных градирен, где намерзает пар на стенках. При резких колебаниях тепловой и гидравлической нагрузки на башенную или вентиляторную градирню. При некоторой неравномерности водораспределения над оросителями башенных и вентиляторных градирен, особенно – в периферийной части оросителя, которая ближе к стенкам градирни.
В типовой инструкции по эксплуатации компактной вентиляторной градирни перечисляются способы борьбы с обледенением, в том числе – отключение части используемых градирен, перекрытие сечения вентилятора щитами, автоматика с частотным регулированием вентиляторов.
Отключение вентиляторной градирни – это целая процедура: сначала перекрывается вода, потом отключаются вентиляторы, затем рекомендованы продувка коллектора с форсунками сжатым воздухом, демонтаж вентиляторов и электродвигателей, перекрытие верхнего среза градирни щитами — в случае нагнетательного вентилятора.
Нагнетательный вентилятор засасывает внутрь градирни часть влажного воздуха, выходящего из градирни. Кроме того, нагнетательный вентилятор создаёт в градирне некоторое избыточное давление воздуха, что повышает опасность просачивания воды сквозь негерметичные стенки градирни и её замерзание.
В случае вытяжного вентилятора сам вентилятор постоянно находится в потоке влажного воздуха, поэтому он должен иметь высокую степень защиты от влажности и его нельзя зимой произвольно останавливать и запускать. Может быть применена смазка лопастей и обечаек составом, снижающим адгезию наледи к поверхности окрашенного металла; может быть применён обогрев обечайки вентилятора частью поступающей на градирню воды или электрообогрев. Всё это – достаточно сложно и нетехнологично, требует повышенного внимания обслуживающего персонала.
Эжекционная градирня ПРАГМА надёжно застрахована от всех этих неприятностей в силу своей конструкции и принципа действия: при снижении температуры воздуха и, соответственно, температуры охлаждённой воды ниже 8-10оС мы уменьшаем расход воды на градирню, что приводит к уменьшению расхода через градирню холодного воздуха и, одновременно, увеличивает температуру входящей воды.
При этом мы получаем увеличение среднего размера капель разбрызгиваемой воды, то есть уменьшается площадь контакта воды и воздуха. Таким образом вода охлаждается не так глубоко. В том случае, когда капли воды замерзают – а они замерзают на входе воздуха, т.к. по длине (высоте) градирни температура воздуха растёт – образовавшийся лёд частично загораживает собой вход воздуху и расход воздуха уменьшается.
Получается, что эжекционная градирня ПРАГМА обладает (в дополнение к автоматическому регулированию) ещё и саморегулированием по параметру обмерзания.
Для сравнения: работа вентилятора существенно менее чувствительна к аэродинамическому сопротивлению градирни, вследствие чего градирня с работающим вентилятором может замёрзнуть с образованием больших масс льда. Этот лёд приводит к разрушению полимерного оросителя, а фрагменты оросителя забивают теплообменное оборудование и насосы. В нашей практике был случай, когда на вентиляторной градирне рухнувший лёд утащил с собой в водосборный бассейн лист гофрированного оросителя из ПВХ, который засосало в трубу и намотало на рабочее колесо насоса. Это привело к долговременной остановке производства. Наверх
Как бороться с шумом от градирни?		Какая градирня лучше: импортная или отечественная?
При согласовании применения вентиляторных градирен санитарная инспекция прежде всего рассматривает градирню как источник шума. При размещении градирен на территориях с нормируемым уровнем шума делают акустический расчёт. Основной шум от вентиляторной градирни происходит из двух источников: Шум от вентилятора на низких и средних частотах в диапазоне примерно 60-500 Гц. На уровень этого шума влияют диаметр рабочего колеса вентилятора, число лопастей и их профиль, скорость вращения. Этот шум мало отличим на слух, но трудно затухает с удалением от градирни и вредно воздействует на людей, прежде всего – на работе нервной системы. Шум от движения капель и струй воды («шум дождя») на высоких частотах. Этот шум практически не влияет на человека и затухает на малых расстояниях. Шумовой характеристикой градирни являются уровни звукового давления на расстоянии 1 м от звукоактивных поверхностей. Для частоты 63 Гц уровень шума от вентиляторных градирен лежит в диапазоне 69-92 дБ. При удалении на 10 м он уменьшается примерно на 8 дБ, при удалении на 100 м – на 24 дБ. Если сравнить эти значения с регламентом на допустимые уровни звукового давления, то сделаем вывод: вентиляторные градирни недопустимо применять вблизи жилых комнат квартир, больниц и санаториев, школ и т.д. В любом случае рекомендовано экранировать распространение шума от вентиляторных градирен, самый простой способ это сделать – располагать вентиляторные градирни за зданиями и сооружениями, лесополосой и пр. ВНИМАНИЕ: Шум от эжекционной градирни ПРАГМА – только «шум дождя», который никак не влияет на здоровье человека. В этом плане градирня ПРАГМА безопасна для людей и её можно устанавливать в непосредственной близости не только от производственных, но и от жилых помещений. Кроме того, к градирне ПРАГМА нет необходимости подводить электроэнергию и в ней нет движущихся механизмов, что делает её абсолютно безопасной для человека. Наверх		Вопрос правильный. Дело в том, что Россия имеет два отличия от большей части остального мира: У нас большая часть населения и производства расположена в климатических зонах, для которых характерны не только очень тёплое лето и очень холодная зима (континентальный климат), но и сильные перепады температуры в течение одних суток (иногда — более 15 градусов). На Западе и Востоке люди и производства сосредоточены вдоль побережий тёплых морей и океанов, которые создают более умеренный и мягкий климат. У нас пока нет должной культуры эксплуатации технических устройств, в том числе и градирен. Проще говоря – русский человек, как правило, менее дисциплинирован и ответственен, чем его коллега на Западе. Поэтому мы никак не можем рекомендовать применение техники, рассчитанной на совсем другие условия эксплуатации. Например, западные вентиляторные градирни часто изготовлены из полимерных материалов такого состава и такой толщины, что они механически не выдерживают даже частичного обмерзания. Например, ороситель для вентиляторных и башенных градирен обычно в России производят из плёнки ПВХ толщиной 0,5 мм, а в итальянской градирне он может быть 0,1 мм. Мы в своей практике видели множество импортных вентиляторных градирен, которые полностью вышли из строя вследствие неправильной эксплуатации. Западные вентиляторные градирни в российских условиях потребуют постоянного надзора со стороны персонала, продублированного системами автоматики. ВНИМАНИЕ: Основной спрос на эжекционные градирни наблюдается со стороны предприятий, расположенных в Сибири, а также заводов, требующих повышенной надёжности. Эжекционная градирня ПРАГМА рассчитана именно на отечественные условия применения. Наверх
В чём плюсы частотного регулирования насосов для градирен?
В системах оборотного водоснабжения частотное регулирование применяется для электроприводов насосов и вентиляторов градирен. Частотное регулирование позволяет получать от двигателя номинальный крутящий момент от нуля до паспортного максимума. При использовании градирен ПРАГМА можно с успехом применять частотное регулирование насоса. Это позволяет не только достичь энергосбережения в среднем около 20-50%, но и регулировать холодопроизводительность градирни ПРАГМА, что полезно при смене погодных условий. Кроме того, если стоит задача точного удержания температуры охлаждённой воды в определённом узком диапазоне, то частотный регулятор в сочетании с соответствующими приборами КИПиА становится практически незаменим. Расход воды, качаемой насосом в системе оборотного водоснабжения, прямо пропорционален частоте вращения рабочего колеса насоса. Напор, развиваемый насосом, пропорционален квадрату частоты, а потребляемая мощность – кубу. Поэтому имеет прямой смысл регулировать частоту вращения насоса: уменьшение скорости вращения вдвое снижает энергопотребление в восемь раз. Для этой цели используют специальные устройства – частотные регуляторы, состоящие из следующих элементов: выпрямитель, фильтр, инвертор. Частотный регулятор позволяет не только обеспечить заданные параметры скорости вращения насоса, но и плавный пуск и останов насоса, минимальный пусковой ток. Это увеличивает срок эксплуатации насосного агрегата, снижает требования механической прочности его компонентов и совершенству конструкции. Особенно актуально это становится при нестабильности электросети. Современные системы автоматики имеют удобный интерфейс – вплоть до пульта дистанционного управления, как у телевизора. Частотный регулятор можно внедрить в существующую систему без существенного нарушения хода рабочих процессов и обеспечить возможность изменения заданной скорости вращения в будущем. Частотный регулятор насоса окупается за 1-2,5 года. При этом экономия зависит от мощности электродвигателя и интенсивности его эксплуатации. Вместе с тем частотные регуляторы – отнюдь не дёшевы. В фирменном исполнении их цена примерно равна цене насосных агрегатов. Для насосов большой производительности (порядка десятков тысяч м3/ч) частотный регулятор – это масштабное сооружение — почти трансформаторная будка. Надо тщательно следить, чтобы при выходе из строя электронных компонентов система оставалась работоспособной в расчёте на отечественный способ эксплуатации – нажатием одной кнопки. В противном случае, поскольку для ремонта электронных приборов требуется специалист, возможны большие убытки из-за простоя охлаждаемого градирней оборудования. Наверх
Что такое «надёжная градирня»?		Как чистить воду?
Люди пишут на сайтах «надёжные градирни». Вопрос – они сами назвали свою градирню «надёжной» или к этому есть основания? Какие основания? Во-первых, это — элементарная техническая логика, во-вторых, качество применённых для изготовления градирен материалов, технологий и культуры производства. На самом деле, градирня представляет собой один из элементов системы оборотного охлаждения воды, поэтому говорить о её надёжности следует по отношению ко всей системе. Ранее системы оборотного водоснабжения считались вспомогательным оборудованием. Известно, что надёжность вспомогательного оборудования должна быть выше надёжности основного оборудования. Ведь любая система не надёжнее, чем надёжность её самого слабого звена. Поэтому, в любом случае, чем меньше элементов в системе, тем она надёжнее. Это относится как ко всей системе оборотного охлаждения воды в целом, так и непосредственно к градирне. ВНИМАНИЕ: В эжекционной градирне ПРАГМА число элементов сведено к абсолютному минимуму. У нас нет «самых слабых звеньев»: вентилятора и оросителя, эксплуатация которых особенно затруднена в отечественных климатических условиях. А насос, посредством которого осуществляется подача и воды, и воздуха – всегда зарезервирован согласно СНиПу. Сама градирня ПРАГМА не требует обязательного резервирования, так же как и резервирования запчастей к ней. Мы применяем при производстве сварных швов исключительно ручную аргонно-дуговую сварку (никаких полуавтоматов), мы в обязательном порядке проверяем градирни ПРАГМА на течь посредством заливки её водой, делаем форсунки из латуни, а корпус – из стали. Как говорится: самая лучшая пластмасса – это нержавейка. Наверх		Воду надо чистить вне зависимости от типа применяемой градирни, поскольку от чистоты воды зависит не только работоспособность градирни и её элементов, но и сам процесс охлаждения. Например, содержание в оборотной воде песка и ржавчины способствует быстрому износу пластиковых оросителей и форсунок, содержание нефтепродуктов приводит к постепенному растворению этих элементов. Соли жёсткости (в основном – соли кальция и магния) приводят к зарастанию оросителей, что ведёт к увеличению аэродинамического сопротивления вентиляторной или башенной градирни и уменьшению расхода охлаждающего воздуха. Нарастание на оросителях соли приводит к необходимости частой смены оросителя или увеличению мощности несущих конструкций, применении реагентной очистки воды. ВНИМАНИЕ: все эти проблемы, характерные для вентиляторных и башенных градирен, перестают сказываться, если применить эжекционную градирню ПРАГМА, поскольку у нас нет оросителя (он же – насадка), а форсунки выполнены из металла. Для эжекционной градирни более существенна очистка от механических примесей размером более 5 мм. Для этих целей мы рекомендуем применять гравитационно-инерционный грязевик (ГИГ) производства ООО «ВАЛЁР» (СПб). Отличительной особенностью этого устройства является отсутствие фильтрующих сеток, которые необходимо регулярно чистить, а также очень небольшое гидравлическое сопротивление, что полезно для эжекции и энергосбережения. Однако, грязевик эффективно улавливает только механические включения, удельный вес которых существенно отличен от удельного веса воды (песок, ржавчина, в том числе мелкие фракции, жиры в крупных фракциях). Такие вещи как листья и тополиный пух, часто мешающие работе градирен, мы рекомендуем улавливать сетчатыми фильтрами. При этом сетчатый фильтр может быть встроенным в трубопровод, а необходимость его очистки определяется по показаниям манометров до и после него.
		Удобно применить сетчатое ведро на сливе с градирни – и видно грязь, и чистится легко. Надёжно от листьев и пуха спасает вырубка лиственных деревьев вблизи градирни. Наверх

Соляная градирня

Соляная градирня — это конструкция из древесины хвойных деревьев, березовых ветвей, а также оборудования для накачивания соляного раствора.
С помощью насосов на берёзовые ветви подаётся соляной раствор, который по ним стекает. Затем раствор испаряется, создавая интенсивный аэрозоль. Соляная градирня насыщает воздух йодом, бромом и целой гаммой других микроэлементов, таких как магний, натрий, калий, железо и другие. Формирующийся аэрозоль характеризуется особенными лечебными свойствами, поскольку его частицы обладают большой способностью проникания сквозь слизистую оболочку дыхательных путей и кожу. Вокруг градирни создаётся специфический микроклимат, который является естественным лечебным ингалятором. Микроклимат градирни создаётся в результате стекания соляного раствора и движения воздуха, что приводит к интенсивному испарению, а разбиваемые частицы соляного раствора способствуют также гидроионизации.

  В прошлом у таких сооружений было лишь утилитарное применение — добыча важной пищевой добавки. Градирни дошли до нас с тех времён, когда миром правила соль. Она играла тогда градообразующую роль, а позднее стала одним из факторов, способствующих созданию в тех же местах курортов.

   Наибольшее распространение градирни получили в Германии. Регион Bad Muenster am Stein-Ebernburg и Bad Kreuznach претендует на звание крупнейшего ингалятория на открытом воздухе не только Германии, но и всей Европы.

   Аналогичный объект есть в санатории «Приозерный»!  В санатории «Приозерный» градирня находится рядом с территорией отдыха «Фонтанка» и летним пунктом проката. Можно посидеть на лавочках или качелях, любуясь прекрасными видами фонтана или покататься на велосипеде, вдыхая морской воздух градирни.

Что делать, оказавшись рядом с градирней?

Главное — не забывать глубоко дышать. Вблизи всегда расположены скамейки: сидишь, читаешь книжку или просто природой любуешься и — вентилируешь лёгкие целительным воздухом. Многие врачи считают солевые ингаляции полезными для очищения дыхательных путей (соль, в частности, способна убивать болезнетворные бактерии), а также для укрепления всего организма.

Нужна градирня? — Вентиляторные градирни — Росиндуктор

ГРАДИРНИ — это устройства, предназначенные для охлаждения значительного объема воды посредством направленного воздействия атмосферного воздуха. Нужна градирня? Росиндуктор – это вентиляторные градирни от производителя, по низким ценам, для разных отраслей промышленности: химической, энергетической, металлургической, машино- и судостроительной, пищевой и т.д

Содержание

Градирня принцип работы

Принцип работы градирни заключается в охлаждении воды за счет ее частичного испарения и теплообмена с воздухом. Потеря воды постоянно компенсируется из внешнего источника. Испарение 1% воды приводит к снижению температуры оставшейся воды на целых 6°. Вода отдает часть своего тепла воздуху, после чего она используется для охлаждения приборов. Монтаж градирен производится в соответствии с техникой безопасности и правилами предприятия. Установка градирни чаще производится снаружи здания вдали от источников тепла. Градирня может быть установлена и внутри здания, но при условии наличия отдельной вытяжной вентиляции.

Вентиляторные градирни

Охлаждение воды в вентиляторной градирне происходит под воздействием атмосферного воздуха, напор которого обеспечивает вентилятор градирни. Испарившаяся влага улавливается специальным устройством, после чего откачивается насосом для повторного использования. Такие градирни находят свое применение в водооборотных системах оборудования. Вентиляторные градирни от компании Росиндуктор это правильный выбор, ведь качество градирен близкое к европейскому, а цена значительно ниже.

Сухая градирня

В системах кондиционирования и в разных отраслях промышленности часто используются сухие градирни. Вода градирни охлаждается во время движения по теплообменнику за счет постоянного обдува воздухом, нагнетаемым вентиляторами. Работа градирни не повышает уровень влажности воздуха и не загрязняет окружающую среду. Вода циркулирует по замкнутому кругу и не испаряется. Сухие градирни просты в монтаже и эксплуатации.

Градирня Росинка

Устройство градирни Росинка обуславливает уникальный способ охлаждения воды: в таких градирнях применяются решетчатые призмы ПР-50, создающие оросительные системы. В оросителе вода дробится на струи, что обеспечивает более эффективное охлаждение жидкости. Вентилятор размещен таким образом, что позволяет работать градирне даже при очень низких температурах. Характеристики градирни зависят от расхода воды, габаритов устройства, типа вентилятора и установленного перепада температур. Разные модели градирни Росинка позволяют подобрать оптимальный вариант для определенного предприятия.

Градирня ТЭЦ

Для охлаждения теплообменных аппаратов на ТЭЦ также используются башенные градирни. Эффективное охлаждение агрегатов и технических узлов обеспечивается водой, оптимальная температура которой достигнута в таких градирнях. Расчет градирни производится в зависимости от:

• величины тепловой энергии, которую необходимо отвести от охлаждаемого оборудования,
• температуры мокрого термометра в самое жаркое время года в регионе
• температуры воды, которую необходимо получить в результате охлаждения.

Башенная градирня

В башне градирни создается воздушная тяга за счет разницы между удельным весом нагретого воздуха, выходящего из градирни, и воздуха, поступающего извне. Эта тяга обеспечивает эффективное охлаждение циркулирующей воды. Часть испаряемой воды возвращается в цикл, другая часть уносится ветром.

Градирни для охлаждения

Градирни предназначены для охлаждения воды и отличаются принципом подачи воздуха. По этому принципу градирни делятся на вентиляторные, башенные, открытые и эжекционные. Также градирни можно классифицировать по типу орошения (капельные, пленочные, сухие, брызгательные) и по направлению движения воздуха и воды (противоточные, перекрестные, смешанные).

Ремонт градирни

Эксплуатация градирни предусматривает четкое регулирование ее работы и своевременное техобслуживание и ремонт. При эксплуатации необходимо учитывать климатические условия и время года для максимально эффективной работы оборудования. Установка градирен должна производиться специалистами в соответствии с правилами безопасности в местах, удаленных от источников тепла.

Производство градирни

Производство градирни любого типа начинается с точного расчета необходимых параметров и проектирования. Промышленные градирни требуют своевременное сервисное обслуживание и научно-техническое сопровождение. Компания Росиндуктор производит градирни по техническому заданию клиентов. Перед вводом в эксплуатацию градирни обязательно проходят натурные испытания.

Градирни закрытого типа, серии FL

Неотъемлемой частью индукционных плавильных комплексов являются вентиляторные градирни, станции охлаждения. Вентиляторные градирни, станции охлаждения серии FB предназначены для охлаждения индукционных плавильных комплексов в составе полупроводникового преобразователя и плавильного узла. Также вентиляторные градирни хорошо себя зарекомендовали для высокоэффективного охлаждения другого технологического оборудования в условиях плохого качества технической воды.

Основные режимы работы закрытой градирни:

• Температура воды в контуре T < 25°С Естественный теплообмен до 25°С. Охлаждение воды осуществляется за счет прохождения через медные радиаторы.
• Температура воды в контуре 25°C ≤ T < 30°С Принудительный теплообмен вентиляторные градирни. При превышении 25°С включаются вентиляторы.
• Температура воды в контуре T ≥ 30°С Для увеличения теплоотдачи автоматика вентиляторные градирни, включает систему орошения радиаторов. Израсходованная вода автоматически пополняется в результате срабатывания датчика уровня. Вентиляторные градирни так же имеет режим принудительного отключения по таймеру, для режимов плавного охлаждения футеровки Блок управления вентиляторные градирни, станции охлаждения отображает текущий режим работы комплекса, так же отображает температуру и давление охлаждающей жидкости.

Для заказа градирни свяжитесь с нами:

Что нужно знать о дифракционных решетках? — Oxford Instruments

Дифракционная решетка представляет собой оптический элемент, который разделяет (рассеивает) полихроматический свет на составляющие его длины волн (цвета). Полихроматический свет, падающий на решетку, рассеивается так, что каждая длина волны отражается от решетки под немного другим углом. Дисперсия возникает из-за разделения волнового фронта и интерференции падающего излучения с периодической структурой решетки.

Затем спектрограф повторно отображает рассеянный свет, и требуемый диапазон длин волн направляется в систему обнаружения. Решетки состоят из равномерно расположенных параллельных канавок, сформированных на отражающем покрытии и нанесенных на подложку. Форма канавок (угол блеска) влияет на то, для какого диапазона длин волн решетка лучше всего оптимизирована. Форма канавок (угол блеска) влияет на то, для какого диапазона длин волн решетка лучше всего оптимизирована.

Дисперсия и эффективность решетки зависят от расстояния между соседними канавками и угла канавки.Решетки, как правило, лучше, чем призмы — они более эффективны, они обеспечивают линейную дисперсию длин волн и не страдают от эффектов поглощения, которые имеют призмы, что ограничивает их полезный диапазон длин волн.

Уравнение решетки

Дисперсия решетки определяется уравнением решетки , обычно записываемым как:

где: n — порядок дифракции, λ — длина волны дифракции d — постоянная решетки (расстояние между последовательными штрихами) θ _i — угол падения, измеренный от нормали, а θ _d — угол дифракции измеряется от нормы. Диаграмма выше показывает порядка дифрагированной длины волны . Помимо положительных порядков, свет также может преломляться в противоположном направлении (т. е. n = -1, -2 и т. д.). Также могут появляться более высокие порядки, но их интенсивность уменьшается. Обычно линии первого порядка (n=1 или n=-1) наиболее интенсивны.

Выбор решетки для спектрографа Черни-Тернера

Ключевыми параметрами, которые следует учитывать при выборе решетки для данного приложения, являются требуемое спектральное разрешение (для эффективной идентификации химических сигнатур или мониторинга тонких изменений поведения спектральных характеристик), интересующий диапазон длин волн , одновременная полоса пропускания (диапазон длин волн, проецируемый на фокальную плоскость спектрографа при сборе данных одним детектором), поляризация входящего сигнала и спектрограф F/# .

Они влияют на выбор плотности линий , угла блеска/длины волны , мастера (разные мастера для данной плотности линий и угла блеска дают разные характеристики эффективности и поляризации) и размера решетки .

Ожидаемое спектральное разрешение и одновременная полоса пропускания также зависят от того, как свет поступает в спектрограф, от интересующей центральной длины волны и связанного с ней «рабочего угла» решетки, а также от формата массива пикселей детектора в выходной плоскости.Некоторые из этих компромиссов можно оценить с помощью калькулятора разрешения Andor для спектрографов Kymera и Shamrock Czerny-Turner.

Полезные ссылки

1. Палмер, Кристофер. (2014). Справочник по дифракционным решеткам (издание 7 ^th ).
2. Веб-сайт Grating Lab https://www.gratinglab.com/Products/Product_Tables/Tables.aspx

дифракционная решетка | оптика | Британика

дифракционная решетка , компонент оптических устройств, состоящий из поверхности, разлинованной близкими, равноудаленными и параллельными линиями для разделения света на спектры.О решетке говорят, что она является пропускающей или отражающей решеткой в ​​зависимости от того, является ли она прозрачной или зеркальной, т. е. нанесена ли она на стекло или на тонкую металлическую пленку, нанесенную на стеклянную заготовку. Отражающие решетки далее классифицируются как плоские или вогнутые, последние представляют собой сферическую поверхность, разлинованную линиями, которые являются проекцией равноудаленных и параллельных линий на воображаемую плоскую поверхность. Преимуществом вогнутой решетки перед плоской является ее способность давать четкие спектральные линии без помощи линз или дополнительных зеркал.Это делает его полезным в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, в которых эти излучения в противном случае поглощались бы при прохождении через линзу.

Линии на решетке наносятся с помощью чрезвычайно точной машины, называемой линейкой, которая использует инструмент с алмазным наконечником для нанесения тысяч очень тонких неглубоких линий на тщательно отполированную поверхность. Новые методы управляют линиями фотографически, используя лазерную интерферометрию.

Дифракционная решетка способна рассеивать пучок различных длин волн в спектр связанных линий в силу принципа дифракции: в любом конкретном направлении сохраняются только те волны данной длины волны, все остальные разрушаются из-за помех друг другу. Решетки дают исключительно высокое разрешение спектральных линий. Разрешающая способность ( R ) оптического прибора представляет собой способность разделять близко расположенные линии в спектре и равна длине волны λ , деленной на наименьшую разность (Δ λ ) на двух длинах волн, которые могут быть обнаружены. ; т. е. R = λ /Δ λ . Таким образом, для решетки шириной 10 сантиметров и разлинованной с 10 000 штрихов на сантиметр разрешение в первом порядке дифракции будет равно 100 000.Для длины волны излучения в ультрафиолетовом диапазоне, скажем, λ = 300 нанометров (3 × 10 ^-7 метров), разность длин волн Δ λ = 3 × 10 ^-12 метров (около ¹ / ₁₀₀ диаметр атома) должно быть теоретически возможным.

Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Эми Тикканен.

Типы дифракционных решеток и для чего они используются

Изображение предоставлено: https://www. opcolab.ком/

Дифракционные решетки — это оптические устройства, которые используются в таких приборах, как спектрометры, для разделения полихроматического света на основные составляющие длины волн, из которых он состоит. Этот процесс рассеивает свет таким образом, что каждая длина волны направлена ​​под другим углом в результате интерференционной картины, возникающей в результате отражения падающего света или прохождения через решетчатую структуру.

В этой статье мы рассмотрим различные типы существующих дифракционных решеток и обсудим их применение.Чтобы понять дифракционные решетки как продукт, будет полезно сначала рассмотреть, что такое дифракция и как дифракционная решетка функционирует для разделения различных длин волн света на пространственно отдельные компоненты, которые затем можно исследовать и анализировать.

Понимание дифракции и уравнения решетки

Мы знаем, что обычный белый свет полихроматичен, а это означает, что он состоит из световой энергии с разными длинами волн, которые наши глаза воспринимают как цвета. Призма — это оптический прибор, с помощью которого можно разделить белый свет на разные цвета. Процесс, посредством которого это происходит, известен как преломление.

Полихроматический свет также можно разделить на составляющие его цвета с помощью дифракции. Дифракция относится к тому факту, что когда свет от источника сталкивается с препятствием, прозрачным или непрозрачным, область волнового фронта света изменяется по амплитуде или фазе. Сегменты волнового фронта, проходящие мимо препятствия, будут затем интерферировать друг с другом и создавать распределение плотности энергии в точке за препятствием, известное как дифракционная картина.Если непрозрачный экран оснащен регулярным рядом продолговатых отверстий или щелей, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, то свет, падающий на этот экран, будет изменен, и отдельные волновые фронты, выходящие через каждую из щелей, будут конструктивно интерферировать и генерировать дифракционную картину. с пиками интенсивности, возникающими под определенными углами относительно плоскости экрана и угла падающей световой волны. Таким образом, дифракционная решетка — это просто поверхность, на которой имеется ряд щелей или линий, расположенных геометрически на одинаковом одинаковом расстоянии между каждой последующей щелью или канавкой.

Выяснилось, что дифракция может происходить как при пропускающем, так и при отражающем подходе — это означает, что не имеет значения, отражается ли падающий свет от решетки или проходит через решетку. Когда решетка полностью прозрачна, амплитудная модуляция незначительна, а вместо нее возникает фазовая модуляция, в результате чего возникает так называемая фазовая решетка пропускания. Если конструкция решетки вместо этого напоминает ряд непрозрачных и прозрачных областей или щелей, то говорят, что решетка представляет собой решетку амплитуды пропускания.Если на дифракционной решетке используется отражающая поверхность, то такая решетка называется фазовой решеткой отражения.

Таким образом, дифракционная решетка служит в качестве устройства угловой дисперсии, что означает, что она функционирует для разделения длин волн света в зависимости от угла, под которым они выходят из решетки. Дисперсия, возникающая в результате дифракционной решетки, выражается с помощью приведенного ниже уравнения решетки, которое связывает длину волны дифрагированного света с углами дифракции и падения света, направленного от решетки и к ней, а также с расстоянием между канавками:

В приведенном выше выражении:

• λ представляет собой длину волны дифрагированного света
• d представляет собой расстояние между канавками линий или канавок на дифракционной решетке
• θ _i угол падения волны, направленной на дифракционную решетку
• θ _d угол дифракции света с длиной волны λ, который отражается или проходит через решетку
• n — целое число, обозначающее порядок дифракции

На рисунке 1 ниже показаны углы световых волн и опорная линия их измерения, которая, как видно из рисунка ниже, является нормалью, проведенной относительно плоскости, представляющей поверхность дифракционной решетки.Случай, показанный ниже, относится к отражательному стилю дифракционной решетки.

Рисунок 1. Иллюстрация дифракционной решетки отражательного типа 

Изображение предоставлено: https://andor.oxinst.com/

В приведенном выше уравнении решетки член n заслуживает дальнейшего пояснения. Термин n представляет целочисленное значение, которое означает, что угол дифракции θ _d связан с целым числом, кратным длине волны энергии дифрагированного света.Эти углы дифракции соответствуют тому, что известно как порядок дифракции, и, поскольку n может быть положительным или отрицательным значением, порядок дифракции может быть задан как положительное или отрицательное значение. Ситуация, когда n = 0 (нулевой порядок), — это случай, когда дифракции не происходит, вместо этого падающий луч отражается от дифракционной решетки, поэтому угол падения θ _i равен углу отражения θ _d . По соглашению знак порядка дифракции положительный, когда дифрагированный луч находится слева (или против часовой стрелки) от положения нулевого порядка, и отрицательный, когда он падает вправо (по часовой стрелке) от нулевого порядка. приказ.Если падающий пучок света, падающий на дифракционную решетку, является монохроматическим, то дифракционная картина будет давать распределение плотности энергии, происходящее под углами, которые соответствуют целым числам, таким как …-3, -2, -1, 0, 1 , 2, 3 и т. д. Для полихроматического света каждая отдельная длина волны будет генерировать дифракционную картину, удовлетворяя уравнению решетки, показанному выше, для определенного значения длины волны λ. На рисунке 2 ниже показан порядок дифракции для отражающей дифракционной решетки и полихроматического света, падающего на решетку.Обратите внимание, что на этой иллюстрации есть несколько различий в номенклатуре по сравнению с представлением, найденным в этой статье — то, что мы назвали n, обозначено m на рисунке 2; наш θ _i помечен как α, а наш θ _d помечен как β. Однако смысл этих значений в терминах уравнения решетки одинаков.

Рисунок 2. Диаграмма, показывающая порядки дифрагированного света от решетки типа отражения 

Изображение предоставлено: https://www. newport.com/

Типы дифракционных решеток

Дифракционные решетки

доступны в нескольких различных типах, которые кратко описаны ниже. Производители и поставщики предлагают множество стандартных решеток и решеток на заказ, воспроизведенных мастерами. С точки зрения конструкции наиболее распространенными типами дифракционных решеток являются линейчатые решетки и голографические решетки.

Линейчатые дифракционные решетки

Линейчатые решетки, также называемые полыми решетками, создаются с помощью линейного механизма, который представляет собой прецизионный станок, использующий инструмент с алмазным наконечником для печати или вырезания тонких параллельных линий на полированной поверхности.Так называемая эталонная решетка обычно создается путем нанесения покрытия из золота или алюминия с использованием процесса испарения на тщательно отполированную поверхность или подложку. Затем алмазный инструмент вытачивает канавки на поверхности с высокой точностью, чтобы поддерживать абсолютную параллельность между последующими канавками, используя гетеродинную лазерную систему управления. Кроме параллелизма, профиль штриха должен сохраняться по всей поверхности дифракционной решетки. Такой инструмент, как атомно-силовой микроскоп или АСМ, используется для компенсации любого износа инструмента, который может возникнуть при прорезании рисунка канавки на поверхности подложки.Форма профиля, также называемая углом блеска, связана с диапазоном длин волн, для которого оптимизирована решетка.

Важное значение в конструкции дифракционной решетки имеет плотность штрихов (также называемая частотой штрихов), которая является обратной величиной расстояния между штрихами (параметр d в приведенном выше уравнении решетки). Это мера количества канавок, содержащихся в решетке на единицу длины. В дополнение к углу блеска плотность канавок эффективно определяет углы, при которых одна длина волны света будет конструктивно интерферировать, создавая распределение интенсивности света по порядкам дифракции.Для повышения эффективности желательно иметь концентрат света в одном порядке, таком как дифракция первого порядка, в отличие от распределения по дифракциям более высокого порядка или концентрации в нулевом порядке. Регулировка угла свечения и плотности канавок может привести к более эффективной дифракционной картине для приложений. Это может включать регулировку профиля канавки, ее глубины и углов фасок. Длина волны, для которой была оптимизирована решетка, называется длиной волны блейза.

Тип линейчатой ​​решетки, называемый решеткой Эшелле, представляет собой решетку с относительно ровными линиями, что означает низкую плотность штрихов. Эти типы решеток имеют большие углы свечения и используют более высокие порядки дифракции, преимуществом является высокая дисперсия и разрешение при компактной конструкции,

Голографические дифракционные решетки

Из-за характера производственного процесса линейчатые решетки могут страдать от периодических ошибок, ошибок зазоров и других нарушений, наличие которых может привести к рассеянному свету и ореолу.Голографические решетки предназначены для решения некоторых из этих проблем за счет использования другого метода производства. Голографическая дифракционная решетка создается с использованием процесса интерференционной литографии. Эталонная решетка создается путем воздействия на светочувствительный материал двух интерферирующих лазерных лучей. Лучи создают интерференционную картину на подложке, которую затем можно обработать, чтобы получить синусоидальный рисунок канавок на поверхности. Слой фоторезиста покрывается металлическим слоем, который наносится методом вакуумного напыления.Из этого мастера можно создавать формы для создания копий решеток. Помимо традиционного синусоидального рисунка канавок, голографические полые решетки можно изготовить, взяв готовую голографическую решетку и бомбардировав ее наклонным пучком ионов, чтобы создать симметричный треугольный паз или пилообразный профиль.

Голографические решетки используют оптическую технику для создания рисунка решетки и, таким образом, устраняют некоторые проблемы, которые могут возникнуть с линейчатыми решетками, такие как ореолы и большое количество рассеянного света.В свое время они достигли этих целей, хотя в некоторых случаях и с меньшей эффективностью. Но введение сверкающих голографических дифракционных решеток означает, что высокая эффективность, обычно связанная с линейчатыми решетками, может быть достигнута и голографически.

Передающие и отражающие решетки

Как упоминалось ранее, дифракционные решетки можно охарактеризовать как решетки пропускания или отражения. Решетки пропускания создают картину дифракции после прохождения падающего света через решетку, где решетки отражения имеют картину дифракции света на той же стороне, что и падающий луч.Решетки отражения обычно имеют отражающее покрытие из алюминия или золота, в то время как решетки пропускания снабжены антиотражающим покрытием. Решетки пропускания, как правило, обеспечивают высокую эффективность и обеспечивают большую простоту юстировки в оптических системах по сравнению с решетками отражения.

Решетчатые профили обычно бывают плоскими или вогнутыми, однако возможны и другие возможные формы профилей, такие как выпуклые и тороидальные, выбор которых определяется конкретными условиями применения.

Применение дифракционных решеток

Дифракционные решетки имеют ряд применений, наиболее распространенными из которых являются монохроматоры и спектрометры. Монохроматоры используются для выбора узкой полосы света из гораздо более широкого диапазона доступных длин волн в источнике. Обычная разновидность этих устройств, известная как монохроматор Черни-Тернера, использует дифракционную решетку в сочетании с набором плоских и вогнутых зеркал для выбора длины волны. На рисунке 3 ниже показана основная концепция монохроматора.

Рисунок 3. Базовая структура монохроматора Черни-Тернера (обратите внимание на дифракционную решетку D)

Изображение предоставлено: https://link.springer.com/

Спектрометр, в частности оптический спектрометр, позволяет ученым и исследователям анализировать свет, испускаемый атомами образца материала, и, таким образом, получать знания о составляющих элементах, присутствующих в этом образце. Спектрометры используются в самых разных областях: от измерения содержания растворенного кислорода в морских экосистемах до изучения света, излучаемого далекими галактиками.

Помимо монохроматоров и спектрометров, дифракционные решетки могут использоваться в системах связи на оптической основе для разделения или объединения оптических сигналов или для сжатия или растяжения импульсов. Они также используются в лазерах для настройки длины волны, что означает создание выходного лазерного излучения, излучающего электромагнитную энергию желаемой частоты.

Дифракционные решетки также характеризуются определенной частотой или длиной волны света, для которых они предназначены.Сюда входят приложения для ближнего инфракрасного (NIR), среднего инфракрасного, видимого или ультрафиолетового (УФ) света.

Резюме

В этой статье представлен обзор типов дифракционных решеток, их применения и объяснение основного принципа дифракции в оптике. Для получения информации по другим темам обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, где вы можете найти потенциальные источники поставок для более чем 70 000 различных категорий продуктов и услуг, включая поставщиков оптических дифракционных решеток.

Источники:

1. https://www.shimadzu.com/opt/guide/diffraction/15.html
2. https://andor.oxinst.com/learning/view/article/diffraction-gratings
3. https://www.newport.com/n/diffraction-grating-physics
4. https://www.rainbowsymphonystore.com/
5. https://ssioptics.com/.
6. https://www.thorlabs.com
7. https://www.edmundoptics.com/c/gratings/621/
8. https://www.britannica.com/
9. https://www.horiba.com/
10. https://link.springer.com/
11. https://www.rp-photonics.com/diffraction_gratings.html
12. https://www.opcolab.com/capabilities/optical-products/ruled-diffraction-gratings/

Связанные статьи

Еще от другого

дифракционных решеток, пояснения в энциклопедии RP Photonics; отражение, решетки пропускания, порядки дифракции, решетки с полыханием, конфигурация Литтроу, высокая эффективность дифракции, методы изготовления, приложения

Энциклопедия > буква D > дифракционные решетки

можно найти в Руководстве покупателя RP Photonics. Среди них:

Дополнительные сведения о поставщике см. в конце этой статьи энциклопедии или перейдите на страницу

.

Вас еще нет в списке? Получите вход!

Используя наш рекламный пакет, вы можете разместить свой логотип и далее под описанием вашего продукта.

Анализ путей луча, содержащих решетки

Программное обеспечение RP Resonator также работает с решетками.
Узнайте, например. путь луча, зависящий от длины волны, в однопроходной конфигурации или в лазерном резонаторе.

Определение: оптические компоненты, содержащие периодическую структуру, преломляющую свет

Немецкий: Beugungsgitter

Категория: общая оптика

Как цитировать статью; предложить дополнительную литературу

Автор: д-р Рюдигер Пашотта

URL: https://www.rp-photonics.com/diffraction_gratings.html

Дифракционная решетка — это оптическое устройство, использующее явление дифракции, т. е. разновидность дифракционной оптики. Он содержит периодическую структуру, которая вызывает пространственно изменяющиеся изменения оптической амплитуды и/или фазы.

Наиболее распространены отражающие решетки , где отражающая поверхность имеет периодический рельеф поверхности, приводящий к зависимым от положения фазовым изменениям.
Однако существуют также решетки пропускания , в которых проходящий свет получает зависящие от положения фазовые изменения, которые также могут быть результатом рельефа поверхности или, альтернативно, голографического (интерферометрического) рисунка.

В этой статье в основном рассматриваются дифракционные решетки, в которых дифракция происходит на поверхности или вблизи нее.
Отметим, что существуют также объемные брэгговские решетки, в которых дифракция происходит внутри объемного материала.

Детали дифракции на решетке

Полезно рассмотреть пространственные частоты зависящих от положения фазовых изменений, вызванных решеткой.
В простейшем случае синусоидального изменения фазы имеются только две отличные от нуля компоненты пространственной частоты с ±2π /  d , где d — период решеточной структуры.

Падающий пучок с углом θ против направления нормали имеет компоненту волнового вектора k ·  sin θ вдоль плоскости решетки, где k  = 2π / λ, а λ — длина волны.
Обычное отражение (которое имело бы место в зеркале) привело бы к отраженному лучу, имеющему плоскую компоненту волнового вектора — k  ·  sin θ.
Из-за фазовой модуляции решетки могут быть дополнительные отраженные компоненты с плоскостными компонентами волнового вектора − k  ·  sin θ ± 2π /  d .Они соответствуют порядкам дифракции ±1.
Отсюда можно получить соответствующие углы выходного луча по отношению к нормальному направлению:

Рисунок 1:
Выходные лучи всех возможных порядков дифракции на дифракционной решетке.

Если фазовый эффект решетки не имеет синусоидальной формы, может быть несколько порядков дифракции m , а выходные углы можно рассчитать по следующему более общему уравнению:

Обратите внимание, что для порядка дифракции могут использоваться разные знаки, так что перед этим термином может стоять знак минус.

Приведенные выше уравнения могут привести к значениям sin θ _из с модулем больше 1; в этом случае соответствующий порядок дифракции невозможен.
На рисунке 1 показан пример, в котором возможны порядки дифракции от -1 до +3.

Фигура 2:
Выходные углы отражательной дифракционной решетки с 800 штрихами на миллиметр в зависимости от длины волны.
Падающий пучок имеет фиксированный угол 25° против нормального направления.

На рис. 2 в примере решетки с 800 линиями на миллиметр показано, как выходные углы зависят от длины волны.Для выхода нулевого порядка (чистое отражение, м  = 0) угол постоянный, тогда как для других порядков он меняется.
Порядок м  = 2, например, возможен только для длин волн ниже 560 нм.

Поскольку направление каждого выходного луча, за исключением луча нулевого порядка, зависит от длины волны, в качестве полихроматора можно использовать дифракционную решетку.

Рисунок 3:
Число ненулевых порядков дифракции с цветовой кодировкой в ​​зависимости от длины волны, деленной на период решетки.

На рис. 3 показано, как количество порядков дифракции зависит от соотношения длины волны и периода решетки, а также от угла падения.
Число порядков увеличивается для более коротких длин волн и больших периодов решетки.

Распределение выходной мощности по порядкам дифракции

В отличие от простой призмы, дифракционная решетка обычно создает несколько выходных лучей в соответствии с разными порядками дифракции.

Важным вопросом является то, как выходная мощность распределяется по разным порядкам дифракции.Другими словами, представляет интерес дифракционная эффективность для определенных порядков дифракции.
Это зависит от формы фазовых изменений, зависящих от длины волны, и, следовательно, от детальных свойств штрихов решетки.
В общем, эффективность дифракции можно рассчитать с помощью теории дифракции.

Высокая эффективность дифракции для определенного порядка дифракции необходима для различных приложений.
Например, установка импульсного компрессора не должна тратить больше генерируемой энергии импульса, чем это неизбежно. Кроме того, высокая пропускная способность спектрометра, обеспечиваемая использованием одной или нескольких высокоэффективных решеток, приводит к высокой чувствительности обнаружения или, возможно, к снижению требований к освещению зонда, что особенно важно для приборов с батарейным питанием.

В следующем разделе описывается общий метод оптимизации дифракционной эффективности.

Полированные решетки

Дифракционные решетки можно оптимизировать таким образом, чтобы большая часть мощности направлялась в определенный порядок дифракции, что приводит к высокой эффективности дифракции для этого порядка.Для линейчатых решеток (см. ниже) эта оптимизация приводит к так называемым полым решеткам ( эшелетных решеток ), где изменение фазы в зависимости от положения описывается пилообразной функцией (с линейным увеличением, за которым следуют внезапные скачки). .
Наклон соответствующего профиля поверхности должен быть оптимизирован для заданных условий по входному углу и длине волны.
Однако эта оптимизация может работать только для ограниченного диапазона длин волн.

Также возможно изготовление полых голографических решеток, демонстрирующих аналогичную оптимизацию дифракционной эффективности, хотя, конечно, не связанную с геометрической формой канавок.

Рис. 4.
Выходной белый свет мощного источника суперконтинуума пространственно рассеивается с помощью дифракционной решетки, чтобы продемонстрировать спектральное содержание. Путь луча был сделан видимым с помощью генератора дыма. Источник: НКТ Фотоника.

Решетки Echelle

Решетки Эшелле

представляют собой особый тип эшелетных решеток (= полых решеток ), у которых угол свечения особенно велик (более 45 °).
Обычно они изготавливаются с относительно низкой плотностью штрихов, используются при большом угле падения, а для получения повышенной угловой дисперсии используются высокие порядки дифракции.В основном они используются в спектрометрах и связанных с ними типах инструментов — часто в сочетании с обычной решеткой, чтобы избежать смешения света нескольких порядков.

Литров Конфигурация

В так называемой конфигурации Литтроу отражательной решетки дифрагированный пучок — чаще всего пучок первого порядка — возвращается вдоль падающего луча.
Отсюда следует следующее условие:

Конфигурация Литтроу используется, например, когда решетка действует как торцевое зеркало линейного лазерного резонатора.Заданная ориентация решетки фиксирует длину волны в пределах полосы усиления лазерной среды, для которой путь луча резонатора закрыт, т. е. возможна работа лазера.
Этот метод используется для создания лазеров с перестройкой длины волны, например, диодных лазеров с внешним резонатором.

Некоторые дифракционные решетки специально оптимизированы для работы в условиях Литтроу или близких к ним: они представляют собой полые решетки (см. выше) для достижения максимальной эффективности дифракции.
Форма канавок решетки (предполагая линейчатую решетку) такова, что линейные части структуры параллельны волновым фронтам падающего света. Это также приводит к слабой поляризационной зависимости.
Конечно, такая оптимизация может работать только для ограниченного диапазона длин волн, так как углы дифракции для других длин волн будут отклоняться от условия Литтроу.

Методы изготовления решеток

Решетки могут быть изготовлены различными способами:

• Традиционная техника основана на линейном механизме , высокоточной машине, которая механически отпечатывает требуемый рельеф поверхности (структуру канавки) на металлической поверхности, например, с помощью алмазного наконечника.Хотя такие линейчатые решетки трудно изготовить с очень маленькими интервалами между линиями, их можно использовать для прочных металлических полых решеток с высокой дифракционной эффективностью и широкой полосой пропускания.
  Недостатком использования решетчатых спектрометров является то, что они вызывают значительное количество рассеянного света из-за неровностей поверхности.
  Кроме того, трудно обеспечить высокую однородность на больших поверхностях.
• Лазерная микрообработка также может использоваться для изготовления рельефных решеток, хотя и с несколько большими размерами, что подходит в основном для длинноволновых приложений.
• Решетки с голографической поверхностью изготавливаются с помощью фотолитографических технологий (иногда с помощью электронно-лучевой литографии), которые позволяют создавать более тонкие структуры решеток.
  Простые голографические решетки имеют синусоидальное изменение фазы и низкую эффективность дифракции, но они вызывают очень мало рассеянного света, поскольку их поверхности могут быть очень регулярными.
  Они могут быть изготовлены из широкого спектра твердых материалов, таких как диоксид кремния и различные полупроводники, а передовые технологии изготовления позволяют создавать тщательно контролируемые структуры, такие как полые решетки.Возможна высокая степень однородности на большой площади, но несовершенства оптики, используемой в процессе изготовления, могут привести к наложению «фантомных решеток».
• Голографические объемные решетки имеют периодическое изменение показателя преломления в прозрачной среде.
  (См. также соответствующую статью об объемных решетках Брэгга.)
  Они могут иметь высокую дифракционную эффективность и низкий уровень рассеянного света, но могут быть чувствительны к изменениям температуры и влажности.
  Их чувствительность к влаге можно уменьшить, покрыв их подходящими поверхностными слоями.
• Также возможно воспроизвести множество решеток из одной эталонной решетки, которая сама может быть изготовлена ​​с помощью линейки или с помощью голографической техники.
  Процесс репликации (обычно включающий в себя литье) может быть намного быстрее, чем изготовление мастера, так что этот метод хорошо подходит для массового производства.

Также возможно изготовление дифракционной решетки на призме; сочетание призмы и решетки иногда называют «гризмой».Можно выбрать такие параметры, чтобы свет с определенной центральной длиной волны проходил через гризму без какого-либо отклонения.

Другая возможность состоит в том, чтобы сделать решетку поверх диэлектрической зеркальной структуры, в результате чего получится отражающее решетчатое зеркало с очень высокой дифракционной эффективностью [12].

Различные типы решеток

Дифракционные решетки можно отличить друг от друга по различным аспектам:

• Различают отражающие решетки , имеющие отражающую поверхность, и пропускающие решетки , где большая часть падающего света (дифрагированного и недифрагированного) передается на другую сторону.
• Поверхностные решетки имеют решетчатую структуру на поверхности или рядом с ней, в то время как у объемных решеток она распределена в большем объеме.
• Также различают поверхностные рельефные решетки (использующие рельефную структуру) от голографических решеток (с изменением показателя преломления).
• Можно использовать разные материалы.
  Например, имеются золотые решетки , где отражающий слой состоит из золота; другие возможные материалы, например. алюминий, серебро и металлический отражатель.Другие решетки основаны на чисто диэлектрических структурах.
  Существуют также гибридные металл-диэлектрические дифракционные решетки, которые могут обеспечить более высокую эффективность дифракции, особенно на более коротких длинах волн, когда металл сильно поглощает свет.
• Этикетка часто отражает используемый метод изготовления – например, есть линейчатые решетки, голографические решетки и решетки-копии.
• В то время как в большинстве случаев поверхность решетки плоская ( плоские решетки ), встречаются также решетки с изогнутой поверхностью (напр.г. сферическая выпуклая или вогнутая) поверхность.
  Это может быть выгодно, например, для достижения удобных свойств изображения.
  Существуют также специальные решетки с коррекцией аберраций.
• Существуют специальные решетки, оптимизированные для определенных применений.
  Например, решетки Эшелле изготавливаются с относительно низкой плотностью линий и используются при грациозном падении и высоких порядках дифракции.
  Гризмы — это призмы, обычно снабженные решеткой на одной поверхности.
• Некоторые решетки, напр.г. Решетки полного внутреннего отражения основаны на особых принципах работы и имеют соответствующие названия.
• Иногда решетки маркируются в соответствии с их назначением.
  Примерами являются решетки спектрометров, решетки объединения лучей, решетки лазерной настройки и телекоммуникационные решетки.

Обратите внимание, что зонные пластины Френеля также можно рассматривать как особый вид дифракционных решеток, где вместо прямых линий решетки используются круглые структуры.

Важные свойства дифрагирующих решеток

Плотность линий

Как объяснялось выше, плотность линий определяет угловое положение (и даже существование) различных порядков дифракции.Это может быть ограничено используемым методом изготовления, но также может быть связано с конструктивными компромиссами.

Размер и однородность, качество волнового фронта

Большинство используемых дифракционных решеток имеют размеры всего в миллиметры или несколько сантиметров, но также возможно изготовление очень больших решеток с размерами в десятки сантиметров или даже более одного метра.
В этом случае технической задачей является достижение высокой однородности по всей площади решетки.
Однородность по высоте имеет решающее значение для получения высокого качества волнового фронта дифрагированных лучей.

Дифракционная эффективность

Для многих приложений очень важна дифракционная эффективность .
Это доля падающей оптической мощности, полученная в определенном порядке дифракции.
Он часто указывается только для желаемого порядка дифракции, а не для более слабых нежелательных порядков.
Это зависит не только от самой решетки, но и в значительной степени от условий эксплуатации, таких как оптическая длина волны и угол падения.

Эффективность дифракции может зависеть от плотности линий и других факторов, и существуют различные компромиссы при проектировании, связанные с эффективностью дифракции и другими свойствами.

Как объяснялось выше, особенно высокая эффективность дифракции достигается при использовании полых решеток.
Некоторые пропускающие решетки также достигают очень высокой эффективности дифракции — иногда даже выше, чем у отражающих решеток, в основном за счет отсутствия поглощения в металлах.

Спектральное разрешение и радиус луча

В решетчатом спектрометре, например, используются зависящие от длины волны направления лучей после дифракционной решетки.
Достижимое разрешение по длине волны зависит не только от полученной угловой дисперсии (т.г. в единицах микрорадиан на нанометр), но и от естественного угла расходимости пучка: чем меньше расходимость, тем точнее можно определить изменение угла.
Поэтому для высокого разрешения по длине волны требуется большое освещенное пятно на решетке.
Можно показать, что относительное разрешение по длине волны Δλ / λ имеет порядок 1 / ( м N ), где м  — используемый порядок дифракции, а N — число освещенных штрихов решетки.

Зависимость от поляризации

Как правило, дифракционная эффективность для различных порядков может зависеть от поляризации.Особенно это касается отражающих решеток, в то время как пропускающие решетки часто демонстрируют лишь слабую поляризационную зависимость.

Порог урона

В частности, для приложений с импульсными лазерами важно, чтобы решетки имели достаточно высокий порог оптического повреждения (см. статью о повреждении, вызванном лазером).
Хорошие возможности обработки мощности предварительно соответствуют требованию низких потерь на поглощение, поскольку только поглощенный свет может повредить решетку.

Если порог повреждения с точки зрения плотности потока энергии не так высок, как хотелось бы, можно использовать решетку с соответственно большей площадью луча (или с почти скользящим падением).
Этот подход, однако, также сталкивается с ограничениями, такими как ограниченная доступность больших решеток или требуемая компактность устройства.

Перспективным подходом является отказ от любых материалов со значительным поглощением света.
Например, решетки пропускания можно изготовить из чисто диэлектрических материалов с очень низким поглощением и высоким порогом лазерно-индуцированного повреждения.

Тепловые свойства

Как правило, изменения температуры приводят к изменению расстояния между линиями в зависимости от коэффициентов теплового расширения используемых материалов.
Различные типы решеток могут сильно различаться по термочувствительности.

Термическая чувствительность может быть особенно проблемой в приложениях, связанных с мощным лазерным излучением, например, при объединении спектральных лучей.

Чувствительность выравнивания

Выравнивание дифракционных решеток часто является очень чувствительным процессом, требующим точной тонкой механики и высокой механической стабильности.Чувствительность юстировки зависит не только от самой решетки (например, плотности ее линий), но также от различных условий эксплуатации и применения.
Минимизация чувствительности юстировки часто является важным аспектом проектирования оптических устройств с использованием решеток.

Обращение с дифракционными решетками

Обращение с дифракционными решетками — по крайней мере, с решеткой у поверхности — обычно относительно деликатное.
Поверхности решетки довольно чувствительны e.г. от прикосновения к твердым предметам или абразивным материалам.
Таким образом, их также довольно трудно чистить; обычно не следует пытаться больше, чем сдувать пыль чистым сухим азотом или воздухом.
По возможности следует избегать, например, отложений жира, масла или аэрозолей, поскольку такие отложения невозможно удалить, не повредив решетку.

Применение дифракционных решеток

Дифракционные решетки имеют множество применений.
Ниже приведены некоторые известные примеры:

Монохроматоры и спектрометры

В монохроматорах и спектрометрах используются многие дифракционные решетки, в которых используются зависящие от длины волны углы дифракции.На рис. 4 показана типичная установка монохроматора.
Артефакты в полученных спектрах могут возникать из-за смешения нескольких порядков дифракции, особенно если регистрируются широкие диапазоны длин волн.

Рисунок 5:
Конструкция монохроматора Черни – Тернера.
Подробнее читайте в статье о монохроматорах.

Спектральное разделение также можно сочетать с визуализацией, как описано в статье о гиперспектральной визуализации.

Сжатие импульсов

Пары дифракционных решеток могут использоваться в качестве дисперсионных элементов без изменения угла выхода в зависимости от длины волны.На рисунке 5 показана установка компрессора Трейси с четырьмя решетками, в которой окончательно рекомбинируются все компоненты длины волны [2]; его можно использовать, например, для дисперсионного сжатия импульсов.
Та же функция достигается с помощью пары решеток, когда свет отражается обратно плоским зеркалом.
(Обратите внимание, что такое зеркало можно слегка наклонить, чтобы отраженный свет был немного смещен в вертикальном направлении и его можно было легко отделить от падающего света.)
Такие решеточные установки используются в качестве дисперсионных расширителей и компрессоров импульсов, т.е.г. в контексте усиления чирпированного импульса.
Например, они могут создавать гораздо большую хроматическую дисперсию, чем пары призм.

Рисунок 6:
Четырехрешеточная установка, состоящая из двух пар решеток.
Решетка 1 разделяет вход по длинам волн (с проходами для двух разных длин волн, показанных на рисунке), а после решетки 2 эти составляющие параллельны.
Решетки 3 и 4 рекомбинируют разные компоненты.
Общая длина пути зависит от длины волны, поэтому установка решетки создает значительную хроматическую дисперсию, которую можно использовать, например, для компенсации дисперсии.

Настройка длины волны

Объединение спектральных лучей

При объединении спектральных лучей часто используют дифракционную решетку для объединения излучения от разных источников с немного разными длинами волн в один луч.

Поставщики

Руководство покупателя RP Photonics содержит информацию о 40 поставщиках дифракционных решеток. Среди них:

Holographix

Holographix тесно сотрудничает с нашими клиентами, чтобы помочь им в разработке индивидуальных решений на основе решеток от концепции до производства.Мы производим как отражающие решетки, так и пропускающие решетки, используя нашу запатентованную УФ-технологию репликации. Доступны выпуклые, бинарные, синусоидальные и наклонные решетчатые профили.

Edmund Optics

Edmund Optics предлагает широкий ассортимент передающих и отражающих решеток для ультрафиолетового (УФ), видимого и инфракрасного (ИК) диапазонов. Сюда входят как линейчатые, так и голографические решетки. Мы также предлагаем поляризационные решетки, светоделительные решетки и другие варианты.

Knight Optical

Выберите из нашего ассортимента три дифракционных решетки – голографическую исследовательскую линейку, линейчатую исследовательскую линейку и коммерческую линейку. Наряду с нашим трио диапазонов — доступны со склада или в виде оптики на заказ — мы также предлагаем голографические дифракционные пленки в качестве компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу.

Dynasil

Имея возможность производить более 500 000 прецизионных копий оптики, компания Optometrics, входящая в состав Dynasil, предлагает клиентам надежные поставки дифракционных, пропускающих и отражающих оптических компонентов, требующих высокой точности рисунка поверхности, дублирования поверхностных элементов нанометрового диапазона и низкой Среднеквадратичная шероховатость поверхности за долю стоимости изготовления исходной эталонной поверхности. Компания Optometrics предлагает эшелле, фильтрованные, голографические, инфракрасные, линейчатые и пропускающие дифракционные решетки.

Вопросы и комментарии от пользователей

Здесь вы можете оставить вопросы и комментарии. Если они будут приняты автором, они появятся над этим абзацем вместе с ответом автора. Автор принимает решение о принятии на основе определенных критериев. По существу, вопрос должен представлять достаточно широкий интерес.

Пожалуйста, не вводите здесь личные данные; в противном случае мы бы удалили его в ближайшее время.(См. также нашу декларацию о конфиденциальности.) Если вы хотите получить личную обратную связь или консультацию от автора, свяжитесь с ним, например. по электронной почте.

Отправляя информацию, вы даете свое согласие на возможную публикацию ваших материалов на нашем веб-сайте в соответствии с нашими правилами. (Если вы позже отзовете свое согласие, мы удалим эти материалы.) Поскольку ваши материалы сначала просматриваются автором, они могут быть опубликованы с некоторой задержкой.

Библиография

[1]	А.Майкельсон, «Управление и характеристики десятидюймовой дифракционной решетки», Proc. Натл. акад. науч. USA, 396 (1915), doi:10.1073/pnas.1.7.396
[2]	Э. Б. Трейси, «Сжатие оптических импульсов с помощью дифракционных решеток», IEEE J. Quantum Electron. 5 (9), 454 (1969), doi: 10.1109/JQE.1969.1076303
[3]	Л. Ф. Джонсон, Г. В. Каммлотт и К. А. Ингерсолл, «Создание периодических поверхностных гофров», Appl. Опц. 17, 1165 (1978), doi:10.1364/AO.17.001165
[4]	Дж. Шандезон, Г. Рауль и Д. Майстр, «Новый теоретический метод для дифракционных решеток и его численное применение», J. Opt. 11 (4), 235 (1980)
[5]	Э. Попов, Л. Цонев и Д. Майстр, “Решетки: общие свойства установки Литтроу и распределение потока энергии”, J. Mod. Опц. 37, 367 (1990), doi:10.1080/095003450421
[6]	Д. Пай и К. Авада, «Анализ диэлектрических решеток произвольного профиля и толщины», Дж.Опц. соц. Являюсь. A 8 (5), 755 (1991), doi:10.1364/JOSAA.8.000755
[7]	Т. Делор и Д. Майстре, «Метод конечных элементов для решеток», J. Opt. соц. Являюсь. A 10 (12), 2592 (1993), doi:10.1364/JOSAA.10.002592
[8]	Л. Ли, “Ряды Бреммера, алгоритм распространения R-матрицы и численное моделирование дифракционных решеток”, J , Опц. соц. Являюсь. A 11 (11), 2829 (1994), doi:10.1364/JOSAA.11.002829
[9]	B.В. Шор и др. , «Проектирование высокоэффективных диэлектрических отражательных решеток», J. Opt. соц. Являюсь. A 14 (5), 1124 (1997), doi:10.1364/JOSAA.14.001124
[10]	E. Popov et al. , “Справедливость лестничной аппроксимации для решеток произвольной формы”, J. Opt. соц. Являюсь. A 19 (1), 33 (2002), doi:10.1364/JOSAA.19.000033
[11]	T. Clausnitzer et al. , «Высокоэффективные передающие решетки из плавленого кварца для систем усиления чирпированных импульсов», Заявл.Опц. 42 (34), 6934 (2003), doi:10.1364/AO.42.006934
[12]	M. Rumpel et al. , «Линейно поляризованный, узкополосный и перестраиваемый тонкодисковый Yb:YAG-лазер», Opt. лат. 37 (20), 4188 (2012), doi:10.1364/OL.37.004188
[13]	P. Poole et al. , «Порог повреждения фемтосекундным лазером решеток сжатия импульсов для лазерных систем петаваттного масштаба», Опт. Express 21 (22), 26341 (2013), doi:10.1364/OE.21.026341
[14]	М.Румпель и др. , «Широкополосные импульсные компрессионные решетки с измеренной дифракционной эффективностью 99,7%», Опт. лат. 39 (2), 323 (2014), doi:10.1364/OL.39.000323
[15]	Н. Боно и Дж. Неопорт, «Дифракционные решетки: от принципов к приложениям в высокоинтенсивных лазерах», Успехи in Optics and Photonics 8 (1), 156 (2016), doi: 10. 1364/AOP.8.000156
[16]	JE Harvey и RN Pfisterer, «Понимание поведения дифракционной решетки: включая коническую дифракцию и аномалии Рэлея от пропускания решетки», Оптическая техника 58 (8), 087105 (2019), doi:10.1117/1.OE.58.8.087105

(Предложить дополнительную литературу!)

См. также: дифракция, дифракционная оптика, решетки пропускания, объемные брэгговские решетки, зональные пластины, монохроматоры, спектрометры, хроматическая дисперсия, компрессия импульсов, спектральное объединение лучей
и другие статьи в категории общая оптика

Код для ссылок на других сайтах

Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например,г. ваш веб-сайт, социальные сети, дискуссионный форум, Википедия), вы можете получить необходимый код здесь.

HTML-ссылка на эту статью:

   
 Статья о дифракционных решетках 
 в  
 RP Photonics Encyclopedia  

С изображением для предварительного просмотра (см. поле чуть выше):

   
  alt="article">  

Для Википедии, например. в разделе «==Внешние ссылки==»:

  * [https://www.rp-photonics.com/diffraction_gratings.html 
 статья о «Дифракционных решетках» в Энциклопедии RP Photonics]  

Дифракционные решетки — University Physics Volume 3

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Обсудить картину, полученную с дифракционных решеток
• Объясните эффекты дифракционной решетки

Анализ интерференции света, проходящего через две щели, излагает теоретическую основу интерференции и дает нам историческое представление об экспериментах Томаса Янга. Однако в большинстве современных применений щелевой интерференции используются не две щели, а множество, число которых для практических целей приближается к бесконечности. Ключевой оптический элемент называется дифракционная решетка, важный инструмент оптического анализа.

Дифракционные решетки: бесконечное количество щелей

Анализ многощелевой интерференции в Interference позволяет рассмотреть, что происходит, когда число щелей N приближается к бесконечности. Напомним, что вторичные максимумы появляются между главными максимумами.Мы можем видеть, что появится бесконечное количество вторичных максимумов и бесконечное количество темных полос между ними. Это делает расстояние между полосами и, следовательно, ширину максимумов бесконечно малыми. Кроме того, поскольку интенсивность вторичных максимумов пропорциональна , она приближается к нулю, так что вторичные максимумы больше не видны. Остаются только главные максимумы, уже очень яркие и очень узкие ((рисунок)).

(а) Интенсивность света, прошедшего через большое количество щелей.Когда N приближается к бесконечности, остаются только главные максимумы в виде очень ярких и очень узких линий. (б) Лазерный луч прошел через дифракционную решетку. (кредит b: модификация работы Себастьяна Стапельберга)

На самом деле количество щелей не бесконечно, но оно может быть очень большим — достаточно большим, чтобы произвести эквивалентный эффект. Ярким примером является оптический элемент, называемый дифракционной решеткой. Дифракционную решетку можно изготовить, вырезав стекло острым инструментом по большому количеству точно расположенных параллельных линий, при этом нетронутые области действуют как щели ((рисунок)).Решётку такого типа можно фотографически массово производить довольно дёшево. Поскольку на решетке может быть более 1000 линий на миллиметр, когда падающий луч освещает секцию размером всего в несколько миллиметров, количество освещенных щелей фактически бесконечно, что обеспечивает очень острые главные максимумы.

Дифракционная решетка может быть изготовлена ​​путем вырезания стекла острым инструментом по большому количеству точно расположенных параллельных линий.

Дифракционные решетки работают как на пропускание света, как на (рисунок), так и на отражение света, как на крыльях бабочки и австралийском опале на (рисунок).Естественные дифракционные решетки также встречаются в перьях некоторых птиц, таких как колибри. Крошечные пальцеобразные структуры с правильным рисунком действуют как отражательные решетки, создавая конструктивную интерференцию, которая придает перьям окраску не только из-за их пигментации. Это называется радужностью.

(а) Свет, проходящий через дифракционную решетку, дифрагирует по образцу, подобному двойной щели, с яркими областями под разными углами. (б) Картина, полученная для белого света, падающего на решетку.Центральный максимум белый, а максимумы более высокого порядка рассеивают белый свет в радугу цветов.

(а) Этот австралийский опал и (б) крылья бабочки имеют ряды отражателей, которые действуют как отражательные решетки, отражая разные цвета под разными углами. (кредит a: модификация работы «Opals-On-Black»/Flickr; кредит b: модификация работы «whologwhy»/Flickr)

Применение дифракционных решеток

Где в приложениях используются дифракционные решетки? Дифракционные решетки обычно используются для спектроскопического рассеивания и анализа света.Что делает их особенно полезными, так это тот факт, что они образуют более четкий рисунок, чем двойные щели. То есть их светлые полосы уже и ярче, а их темные области темнее. Дифракционные решетки являются ключевыми компонентами монохроматоров, используемых, например, для получения оптических изображений определенных длин волн биологических или медицинских образцов. Дифракционная решетка может быть выбрана специально для анализа длины волны, излучаемой молекулами в больных клетках в образце биопсии, или для возбуждения стратегических молекул в образце с помощью выбранной длины волны света.Еще одно жизненно важное применение — это технологии оптического волокна, где волокна предназначены для обеспечения оптимальной производительности на определенных длинах волн. Доступен ряд дифракционных решеток для выбора длины волны для такого использования.

Расчет типичных эффектов дифракционной решетки Дифракционные решетки с 10 000 штрихов на сантиметр легко доступны. Предположим, он у вас есть, и вы посылаете через него луч белого света на экран, расположенный на расстоянии 2,00 м. а) Найдите углы дифракции первого порядка для самой короткой и самой длинной длины волны видимого света (380 и 760 нм соответственно).б) Каково расстояние между концами радуги видимого света, образующегося на экране при интерференции первого порядка? (См. (Рисунок).)

(а) Дифракционная решетка, рассматриваемая в этом примере, создает радугу цветов на экране на расстоянии от решетки. Расстояния вдоль экрана измеряются перпендикулярно направлению x . Другими словами, радужный узор выходит за пределы страницы.
(b) С высоты птичьего полета радужный узор виден на столе, где стоит оборудование.

Стратегия После определения значения расстояния между щелями дифракционной решетки d углы для острых линий можно найти с помощью уравнения

Так как на сантиметр приходится 10 000 линий, каждая линия отделена 1/10 000 сантиметра. Зная углы, мы можем найти расстояния вдоль экрана, используя простую тригонометрию.

Решение

1. Расстояние между щелями равно Назовем два угла для фиолетового (380 нм) и для красного (760 нм).Решение уравнения

   где для первого порядка и Замена этих значений дает

   Таким образом, угол равен

   Аналогично,

   Таким образом, угол равен

   Обратите внимание, что в обоих уравнениях мы представили результаты этих промежуточных расчетов с четырьмя значащими цифрами для использования в расчетах в части (b).

2. Расстояния на экране отмечены на (Рисунок).Обратите внимание, что мы можем решить для То есть

   и

   Расстояние между ними равно

Значение Большое расстояние между красным и фиолетовым концами радуги, создаваемой белым светом, указывает на потенциал этой дифракционной решетки в качестве спектроскопического инструмента. Чем больше он может разносить длины волн (большая дисперсия), тем больше деталей можно увидеть в спектре. Это зависит от качества дифракционной решетки — она должна быть очень точно сделана, кроме того, что линии должны быть расположены близко друг к другу.

Проверьте свои знания Если расстояние между линиями дифракционной решетки d точно неизвестно, для его измерения можно использовать источник света с точно определенной длиной волны. Предположим, что конструктивная полоса первого порядка линии излучения водорода измерена при помощи спектрометра с дифракционной решеткой. Какое расстояние между линиями этой решетки?

или 300 линий на миллиметр

Резюме

• Дифракционная решетка состоит из большого количества равномерно расположенных параллельных щелей, которые создают интерференционную картину, подобную двойной щели, но более острую.
• Конструктивная интерференция возникает, когда где d — расстояние между щелями, угол относительно направления падения, а м — порядок интерференции.

Проблемы

Дифракционная решетка имеет 2000 штрихов на сантиметр. Под каким углом будет максимум первого порядка для зеленого света с длиной волны 520 нм?

Найдите угол максимума третьего порядка для желтого света с длиной волны 580 нм, падающего на дифракционную решетку с 1500 штрихами на сантиметр.

Сколько линий на сантиметр приходится на дифракционную решетку, дающую максимум первого порядка для синего света с длиной волны 470 нм под углом ?

Каково расстояние между линиями на дифракционной решетке, дающей максимум второго порядка для красного света с длиной волны 760 нм под углом ?

Рассчитайте длину волны света, имеющего максимум второго порядка при падении на дифракционную решетку с 5000 штрихов на сантиметр.

Электрический ток через газообразный водород производит несколько различных длин волн видимого света.Каковы длины волн спектра водорода, если они образуют максимумы первого порядка под углами и при проекции на дифракционную решетку, имеющую 10 000 штрихов на сантиметр?

(a) Во что превратятся четыре угла в предыдущей задаче, если использовать дифракционную решетку с разрешением 5000 штрихов на сантиметр? (б) Используя эту решетку, каковы будут углы для максимумов второго порядка? в) Обсудите взаимосвязь между интегральным сокращением линий на сантиметр и новыми углами максимумов различных порядков.

Каково расстояние между структурами в перьях, которые действуют как отражающая решетка, учитывая, что они создают максимум первого порядка для света с длиной волны 525 нм под углом?

Опал, такой как показанный на (Рисунок), действует как отражательная решетка с рядами, разделенными примерно. Если опал нормально освещен, (а) под каким углом будет виден красный свет и (б) под каким углом будет виден синий свет видимый?

а. используя б. используя

Под каким углом дифракционная решетка дает максимум второго порядка для света, имеющего максимум первого порядка при ?

(a) Найдите максимальное число линий на сантиметр, которое может иметь дифракционная решетка, и дайте максимум для наименьшей длины волны видимого света.(б) Будет ли такая решетка полезна для ультрафиолетовых спектров? (c) Для инфракрасных спектров?

а. 26 300 линий/см; б. да; в. №

(a) Покажите, что 30 000 штрихов на сантиметр решетки не будут давать максимум видимого света. б) При какой наибольшей длине волны возникает максимум первого порядка? в) Какое максимальное число штрихов на сантиметр может иметь дифракционная решетка, дающая полный спектр второго порядка для видимого света?

Приведенный ниже анализ применим также к дифракционным решеткам с линиями, разделенными расстоянием d .Каково расстояние между полосами, создаваемыми дифракционной решеткой, имеющей 125 штрихов на сантиметр для света с длиной волны 600 нм, если экран находится на расстоянии 1,50 м? ( Hin t : Расстояние между соседними полосами предполагается, что расстояние между щелями d сравнимо с )

Глоссарий

дифракционная решетка

большое количество равномерно расположенных параллельных щелей

Все о дифракционных решетках | Эдмунд Оптикс

Дифракционные решетки являются оптическими компонентами, критически важными для широкого круга приложений, включая спектрометры, другие аналитические приборы, телекоммуникационные и лазерные системы. Решетки содержат микроскопическую и периодическую структуру борозд, которая разделяет падающий свет на несколько путей луча посредством дифракции, в результате чего свет с разными длинами волн распространяется в разных направлениях. Это делает функцию дифракционных решеток аналогичной функции дисперсионных призм, хотя призма разделяет длины волн за счет рефракции, зависящей от длины волны, а не дифракции ( Рисунок 1 ). Для обсуждения различий между дифракцией и преломлением, пожалуйста, посетите нашу заметку по применению Optics 101: Level 1 Theoretical Foundations.

Рисунок 1:  В то время как дисперсионные призмы разделяют длины волн за счет преломления (вверху), дифракционные решетки вместо этого разделяют длины волн за счет дифракции из-за своей структуры поверхности (внизу).

Свет, падающий на решетку, дифрагирует в соответствии с уравнением решетки:

(1) $$ m \lambda = d \left( \sin{\alpha} + \sin{\beta} \right) $$

(1)

$$ m \lambda = d \left( \sin{\alpha} + \sin{\beta} \right) $$

м — целое число, описывающее дифракционный (или спектральный) порядок, λ — длина волны света, d — расстояние между штрихами на решетке, α — угол падения света, β — угол преломления свет покидает решетку. Конструктивная интерференция различных дифракционных волновых фронтов происходит при целых кратных длинах волн, поэтому «m» появляется в уравнении 1 . m определяет порядки дифракции, где углы дифракции m = 1 считаются дифракцией «1 ^{-го порядка} », углы, где m = 2 считаются дифракцией «2-го порядка», и так далее (рис. 2 ). Если m=0, свет либо напрямую отражается от решетки, либо проходит через нее, в зависимости от того, является ли это решеткой отражения или пропускания, и этот свет считается дифракцией «0-го порядка».В отличие от дисперсионных призм, более низкие длины волн всегда ближе к прямо отраженному или прошедшему свету, в данном случае к нулевому порядку. Между разными заказами будет некоторое совпадение. Все углы измеряются от нормального падения решетки (перпендикулярно решетке).

Рис. 2: В то время как часть света отражается непосредственно от этой решетки как дифракция «0 порядка», другие части падающего света преломляются под углами 1-го порядка в зависимости от длины волны. Меньшее количество падающего света также будет разделено на более крупные 2-го и 3-го порядков под более высокими углами.

Рисунок канавок решетки или расстояние между канавками (d) определяет углы, под которыми дифрагируют разные порядки. В некоторых случаях расстояние между канавками может варьироваться по всей решетке для разных уровней дифракции на части. С другой стороны, профиль канавки решетки описывает их форму и определяет, сколько света дифрагирует, а сколько просто отражается или проходит через решетку.Диаграммы эффективности используются для характеристики процента света, который будет дифрагировать на каждой длине волны. Эффективность будет уникальной для разных состояний поляризации, поэтому диаграммы эффективности обычно показывают разные кривые как для s-, так и для p-поляризации. Металлические или диэлектрические покрытия часто добавляют к решеткам, чтобы сделать их отражающими и/или повысить эффективность.

На что следует обратить внимание при выборе решетки?

При выборе решетки важно указать диапазон длин волн, длину волны блеска (это длина волны в дифрагированном спектре с наибольшей эффективностью) и угол блеска.Угол блеска описывает угол дифракции первого порядка длины волны пламени. Под этим углом α и β равны в уравнении 1 , и падающий свет дифрагирует обратно в том же направлении, откуда он пришел. Эта ситуация также называется конфигурацией Литтроу. Приближение к этому углу в системе приводит к максимальной эффективности.

Обычно задается плотность или частота канавок, и она является обратной величиной расстояния между канавками (d). Ключевым свойством оптической системы является ее уровень дисперсии, но это зависит как от свойств решетки, так и от того, как она используется.Самой решетке нельзя дать спецификацию, подробно описывающую, как определенное количество оборотов соответствует определенному разносу длин волн, не зная других деталей системы. Также может быть указана разрешающая способность решетки, которая связана со спектральным разрешением системы. Однако это разрешение зависит как от решетки, так и от входной и выходной щелей системы. Разрешающая способность решетки (R) зависит от спектрального порядка (m) и количества штрихов при освещении (N):

(2) $$ R = \frac{\lambda}{\Delta \lambda} = мН $$

(2)

$$ R = \frac{\lambda}{\Delta \lambda} = mN$$

Часто при освещении так много канавок, что входная и выходная щели являются ограничивающими факторами для разрешения системы, а не решетка.Кривые эффективности также могут быть полезны для проверки уровня дифракции на всех длинах волн, которые будут использоваться в приложении.

Решетки должны быть не меньше размера конуса или луча падающего света, иначе свет с краев будет потерян. Поэтому решетка всегда должна быть недостаточно заполнена, чтобы предотвратить отражение рассеянного света вокруг системы и создание ложных сигналов.

Типы решеток

Решетки отражения и пропускания

Двумя самыми широкими категориями дифракционных решеток являются отражающие и пропускающие решетки. На рисунках 1 и 2 показаны отражающие решетки, которые по существу представляют собой зеркала с микроскопическими канавками. Все дифрагированные порядки отражаются от решетки под разными углами. Решетки пропускания подобны линзам с микроскопическими канавками, и все дифрагированные порядки проходят через решетку, но смещаются на углы согласно уравнению 1 .

Линейчатые и голографические решетки

Как отражающие, так и передающие решетки могут быть далее разбиты на линейчатые или голографические решетки, которые различаются по способу создания профиля канавки.Канавки в линейчатых решетках механически прочерчены или прорезаны в детали, в то время как канавки в голографических решетках введены оптически. В голографических решетках светочувствительный материал, называемый фоторезистом, наносится на подложку и подвергается воздействию оптической интерференционной картины, которая взаимодействует с фоторезистом. Затем химические вещества используются для удаления оставшегося фоторезиста, оставляя после себя решетчатый рисунок. Линейчатые решетки обычно имеют треугольные канавки, такие как те, что показаны на рис.

Рис. 3. Линейчатые дифракционные решетки обычно имеют треугольные бороздки.

Рисунок 4:  Голографические дифракционные решетки обычно имеют синусоидальные канавки.

Решетки Echelle

Решетки Эшелле

имеют большее расстояние между штрихами или меньшую плотность штрихов, чем другие решетки, обычно примерно в 10 раз, но иногда и в 100 раз. Освещение решетки Эшелле под большим углом падения ( α ) приведет к высокой дисперсии, разрешающей способности и эффективности с низкой зависимостью от поляризации.Эти решетки идеально подходят для ситуаций, когда требуется высокое разрешение, например, для чувствительных астрономических инструментов и систем, стремящихся к атомарному разрешению.

Плоские и вогнутые решетки

Все вышеперечисленные типы решеток можно снова разделить на плоские (или плоско-) и вогнутые решетки, что описывает их общую форму. Плоские решетки плоские и встречаются гораздо чаще. Если их бороздки прямые и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга, решетка плоская, а падающий свет коллимирован, то весь дифрагированный свет будет коллимирован.Это полезно во многих приложениях, поскольку фокальные свойства системы не зависят от длины волны. Плоские решетки также обычно снижают сложность системы по сравнению с вогнутыми решетками. Вогнутые решетки изогнуты и поэтому либо сходятся, либо расходятся. Это может быть полезно для уменьшения общего количества оптических компонентов, необходимых в системе, но фокальные свойства системы будут зависеть от длины волны.

Применение решеток

Решетки используются в самых разных приложениях, но общие системы включают:

Монохроматоры

В монохроматорах

используются вогнутые или плоские решетки вместе с вогнутыми зеркалами для выделения узкого диапазона длин волн из падающего света.Если на одно из этих устройств падает источник белого света, оно может отфильтровывать все длины волн, за исключением предполагаемой узкой выходной полосы. На рис. 5 показано, как монохроматоры поворачивают решетки так, что различные длины волн проходят через выходную щель, в то время как все остальные длины волн блокируются.

Рисунок 5:  Монохроматоры с плоской решеткой (вверху) и монохроматоры с вогнутой решеткой (внизу) вращают решетки для сканирования дифрагированных порядков через выходную щель и точно определяют, какие длины волн могут покинуть устройство.

Спектрографы

Спектрографы разделяют длины волн от широкополосного источника света точно так же, как монохроматоры, но у них нет движущихся частей. Вместо этого все разделенные длины волн отображаются одновременно на массиве детекторов (, рис. 6, ). Каждая длина волны отображается в различном наборе пикселей, что позволяет устройству определять количество каждой длины волны, присутствующей в широкополосном источнике. Спектрографы часто используются, когда требуется быстрый анализ спектра, так как экономится время за счет устранения необходимости сканирования детектором различных длин волн.

Рисунок 6:  В спектрографах с плоской решеткой (вверху) и спектрографах с вогнутой решеткой (внизу) используются стационарные решетки для разделения падающих длин волн на разные пиксели матрицы детекторов.

Настройка лазера

Существует несколько различных способов использования дифракционных решеток для настройки спектрального выходного сигнала лазера или сужения выходного диапазона волн. Решетки можно поворачивать так, чтобы выходной сигнал лазера имел только определенный порядок дифрагирования, решетка может быть неподвижной, поскольку зеркало вращается для фильтрации выходного диапазона волн, а решетки могут заменять зеркала в лазере, чтобы сделать выходной диапазон волн более узким ( рис. 7). ).

Рисунок 7:  Эти три установки показывают различные способы использования решеток для настройки выходных длин волн лазера или сужения диапазона выходных длин волн.

Сжатие, растяжение и усиление лазерного импульса

Лазерные импульсы с короткой длительностью, такие как импульсы сверхбыстрых лазеров, часто имеют высокую пиковую мощность, которая может повредить чувствительные оптические покрытия и компоненты. Чтобы избежать этого, иногда используется пара дифракционных решеток, которые растягивают импульс, увеличивая его длительность и уменьшая пиковую мощность.Затем этот растянутый импульс можно пройти через оптический усилитель и увеличить его мощность без повреждения каких-либо оптических компонентов. Другая пара решеток в обратной конфигурации может сжимать длительность импульса после усилителя, что приводит к короткому импульсу высокой мощности на мишени (, рис. 8, ).

Рисунок 8: Решетки могут использоваться в импульсных лазерных системах как для увеличения длительности импульса, чтобы предотвратить вызванное лазером повреждение системы, так и для уменьшения длительности импульса, что приводит к мощному импульсу на цели.

Решетки от Edmund Optics®

Edmund Optics® предлагает широкий ассортимент дифракционных решеток, охватывающий весь диапазон опций, описанных выше.

Линейчатые отражательные дифракционные решетки

• Превосходная эффективность при расчетной длине волны по сравнению с голографическими решетками

КУПИТЬ

Голографические отражающие дифракционные решетки

• Уменьшение рассеянного света при сохранении высокой эффективности дифракции

КУПИТЬ

Рефлекторные решетки Echelle

• Самая высокая разрешающая способность и дисперсия от NUV до IR

КУПИТЬ

Вогнутые дифракционные решетки

• Функционирует как фокусирующий и рассеивающий элемент и, следовательно, уменьшает количество оптики, необходимой в спектрометрах, при этом демонстрируя низкие аберрации

КУПИТЬ

Пропускающие дифракционные решетки

• Разделение (дифракция) полихроматического света на составляющие его длины волны путем пропускания

КУПИТЬ

Поляризационные решетки

• Избирательная дифракция света на основе поляризации

КУПИТЬ  

Дополнительные ресурсы

Дифракционная решетка – обзор

Настроечный фильтр на основе дифракции

Были предложены настраивающие фильтры, в которых используется дифракционная решетка и в которых крошечная часть дифрагированного спектра выделяется путем отклонения с помощью сканера и небольшой апертуры.Сканер может быть многоугольным зеркалом, гальванометром или резонансным сканером.

Используя многоугольное зеркало с большим количеством граней, можно добиться высокой линейной скорости. По сравнению с конструкцией FP диапазон настройки не регулируется. Однако однонаправленная развертка по длине волны полигонального сканера, в отличие от изначально двунаправленного настраивающего фильтра FP, лучше соответствует характеристикам усиления SOA. Используя два зеркала, можно одновременно сканировать две длины волны, или за счет рециркуляции света через две разные грани многоугольника и использования нескольких зеркал можно получить увеличенную скорость сканирования (Oh et al., 2005). Скользящая частота повторения 115 кГц была продемонстрирована с использованием 128-гранного полигонального сканера.

Сообщается об оптимизированной конфигурации на длине волны 1300 нм на основе эскиза на рис.  9.4 (а). Этим достигается не только большая полоса пропускания (более 100 нм), узкая ширина линии (что определяет затухание в 9 дБ на 8 мм) и высокое быстродействие (65 кГц), но и высокая мощность, близкая к 100 мВт (Мао и др. , 2009), без внешнего усилителя. Фильтр на рис. 9.4 может использовать другие средства сканирования, такие как резонансный сканер, и в этом случае развертка становится синусоидальной.

Рисунок 9.4. Развертка источника с использованием дифракционной решетки. (а) Дефлектор, состоящий из многоугольного зеркала с ОА, проходящей только в одном направлении. (b) Линейный резонатор с отражающим SOA, адаптировано из (Sharma et al. , 2008). (в) Линейный резонатор с дефлектором между ПОУ и решеткой, последнее зеркало можно исключить, если использовать решетку в конфигурации Литтроу. (d) Линейная полость с дефлектором в качестве последнего зеркала.

адаптировано из (Mao et al. , 2009) адаптировано из (Yagi et al., 2011) адаптировано из Krstaji´ et al. (2011)

Тот же фильтр может быть встроен в линейный резонатор Литтмана-Меткалфа, как схематически показано на рис. 9.4 (b–d). Принцип, показанный на рис. 9.4(b), использовался для SS на длинной длине волны, чтобы воспользоваться преимуществом уменьшенного рассеяния в ткани (Sharma et al. , 2008 г.), работающего на длине волны 1,7 мкм, где наблюдается провал поглощения воды. Широкая полоса пропускания, составляющая 160 нм, с мгновенной шириной линии 0,34 нм, была достигнута при частоте настройки 50 кГц.

Дефлектор также может быть размещен между ПОУ и решеткой, как показано на рис. 9.4(c). Дефлектором также может быть полигональное зеркало, гальванометрический сканер, акустооптический модулятор (АОМ) или электрооптический модулятор. Используя дефлектор KTa _1 − x Nb _x O ₃ (KTN) при синусоидальном возбуждении, с помощью которого инжектированные носители определяют отклонение луча, была достигнута скорость перестройки 150 кГц в диапазоне 110 нм (Yagi et al. , 2011). Высокая скорость и хорошая линейность достигаются при предварительном заряде кристалла KTN.Был использован лазер Littman-Metcalf с внешним резонатором 1,3 мкм, демонстрирующий статическую ширину линии <0,1 нм. Будучи свободным от механического резонанса, лазер мог достигать более высоких скоростей сканирования. Хотя дефлектор KTN имел только 35 точек пространственного разрешения, количество точек длины волны в спектре сканируемого источника превысило этот предел из-за эффекта сужения, вызванного работой лазера. Поскольку дефлектор KTN имеет небольшую апертуру, которая ограничивает диаметр луча, решетку необходимо использовать при скользящем падении для достижения достаточной разрешающей способности на решетке.

Дефлектор также может быть последним отражающим зеркалом в линейном резонаторе, как показано на рис. 9.4(d) (фильтр конфигурации Литтмана). Такая конфигурация СС использовалась для гребенчатого волновода с квантовыми точками, состоящего из нескольких слоев квантовых точек, излучающих на разных длинах волн (1270, 1243 и 1210 нм) (Крстаич, и др., , 2011), для построения СС на 1220 нм, с диапазон развертки 94 нм и скорость развертки 100 Гц.

Дифракционную решетку можно использовать в конфигурации Литтроу, и в этом случае последнее зеркало на рис.9.4(c) не требуется (Krstajić et al.