વિવર્તન-ગ્રેટિંગ

વિવર્તન–ગ્રેટિંગ : સમાન્તર અને સરખા અંતરે ગોઠવેલી સંખ્યાબંધ ‘સ્લિટો’ની રચના અથવા વર્ણપટીય (spectral) ઘટકોનું વિભાજન કરતી રચના અથવા એકવર્ણી (monochromatic) વિકિરણનું એક અથવા વધુ દિશામાં આવર્તન કરતી રચના.

NaCl જેવા સ્ફટિકમાં આવર્તક રીતે ગોઠવાયેલા પરમાણુઓ-વિકિરકો(radiators)ની ત્રિ-પરિમાણવાળી રચના પણ વિવર્તન-ગ્રેટિંગ તરીકે કાર્ય કરે છે. સ્ફટિકમાં ક્રમિક મૂળભૂત વિકિરકો વચ્ચેનું અંતર દૃશ્ય પ્રકાશની તરંગલંબાઈ કરતાં ઘણું ઓછું હોય છે. વ્યતિકરણની અસર અતિ સૂક્ષ્મ તરંગલંબાઈએ મળતી હોવાથી, તેને X-કિરણ વિવર્તન કહે છે.

એક ઇંચ અથવા 2.54 સેમી.માં 12,000 ‘સ્લિટો’ની ગોઠવણી કરવામાં આવેલી હોય તો ગ્રેટિંગ-અંતરાલ  = 21,000 Å છે. તરંગલંબાઈ માપવા માટે તથા વર્ણપટીય રેખાઓની સંરચના અને તીવ્રતા માપવા માટે ગ્રેટિંગનો ઉપયોગ થાય છે.

હીરાને કાપવાના અણીદાર બિંદુ વડે કાચ અથવા ધાતુ ઉપર સરખા અંતરે અને સમાન્તર રહે તે રીતે ખાંચા પાડવામાં આવે છે. આવા અણીદાર બિંદુની ગતિ સ્વ-સંચાલિત યંત્ર વડે નિયંત્રણમાં રાખવામાં આવે છે. આ રીતે મુખ્ય ગ્રેટિંગ તૈયાર કરવામાં આવે છે. ખાંચાવાળી જગ્યા અપારદર્શક અને બે ક્રમિક ખાંચા વચ્ચેની જગા પારદર્શક અથવા પરાવર્તક રહે છે. તેના ઉપર કૉલોડિયન દ્રાવણ (નાઇટ્રોસેલ્યુલોઝનું ઈથર અને આલ્કોહૉલમાં બનાવેલું દ્રાવણ) રેડીને પ્રતિકૃતિ (replica) તૈયાર કરવામાં આવે છે. તેને સખત બનાવી દઈ તેનું અવલેપન કરવામાં આવે છે. અવલેપિત કૉલોડિયનને સમતલ કાચની તકતી ઉપર અથવા ધાતુની તકતી ઉપર સજ્જડ રીતે બાંધવાથી સારી ગ્રેટિંગ બને છે. ધાતુની તકતી ઉપર તૈયાર કરેલ ગ્રેટિંગને પરાવર્તક ગ્રેટિંગ કહે છે; કારણ કે તેના વડે પરાવર્તિત પ્રકાશ વડે વ્યતિકરણ મળે છે. સંશોધનક્ષેત્રે વપરાતી ઘણીબધી ગ્રેટિંગ પરાવર્તક પ્રકારની હોય છે. ઘણી વખતે અંતર્ગોળ અરીસાની સપાટી ઉપર અંકિત કરવામાં આવે છે જેથી લેન્સની જરૂર પડે નહિ.

આકૃતિ 1માં કાચ ઉપર તૈયાર કરેલી ગ્રેટિંગનો આડછેદ દર્શાવ્યો છે. પ્રારંભિક સ્વરૂપની ગ્રેટિંગમાં ખુલ્લી ‘સ્લિટ’ને અપારદર્શક પટ્ટી વડે અલગ કરવામાં આવે છે. તરંગ-વિક્ષોભનો કંપવિસ્તાર આવર્તક રીતે બદલાતો રહે છે અને જેમ જેમ તરંગ ગ્રેટિંગમાં આગળ વધે છે તેમ અંતે તે અપારદર્શક પટ્ટી પર શૂન્ય બને છે. આકૃતિમાં દર્શાવેલ ગ્રેટિંગ બધે જ પારદર્શક છે; આથી કંપવિસ્તારનો આવર્તક ફેરફાર ઓછો હોય છે. રેખાંકનોની અસરથી ગ્રેટિંગના પ્રકાશીય જાડાઈમાં આવર્તક ફેરફાર થાય છે. પ્રકાશનું કિરણ રેખાંકન વચ્ચે થઈને પસાર થાય છે; જેમ કે, આકૃતિ 1માં કિરણ b પસાર થાય છે. આવા કિરણની તરંગલંબાઈ વધુ હોય છે, જ્યારે આકૃતિ 1માં કિરણ a જે ગ્રેટિંગના રેખાંકન વચ્ચે થઈને પસાર થાય છે તેની તરંગલંબાઈ ઓછી હોય છે અને પરિણામે કલામાં આવર્તક ફેરફાર થાય છે. પરાવર્તક ગ્રેટિંગ બરાબર કાર્ય કરી શકે તે માટે તેના પરાવર્તિત કિરણની કળામાં પણ આવર્તક ફેરફાર જરૂરી છે. આવા સંજોગોમાં કંપવિસ્તારનો ફેરફાર નહિવત્ હોય છે.

ગ્રેટિંગ ઉપર આપાત થતું કિરણ લંબ રૂપે છે તેમ ધારી લેતાં, કલા (પ્રાવસ્થા) ગ્રેટિંગ (phase gratings) માટે મુખ્ય અધિકતમ નીચેના સૂત્રથી મળે છે :

d Sin θ = mλ ………. m = 0, 1, 2 ………… પૂર્ણાંક છે. d એ બે ક્રમિક રેખાંકનો વચ્ચેનું અંતર છે અને પૂર્ણાંક m એ કોઈ એક મુખ્ય અધિકતમનો ક્રમ છે. દૃશ્ય (visible) વર્ણપટ માટે વપરાતી ગ્રેટિંગ પછી પારગમન કે પરાવર્તક પ્રકારની હોય તે બધી જ કલા-ગ્રેટિંગો હોય છે.

આકૃતિ 2માં ગ્રેટિંગ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપ બતાવ્યો છે. પ્રકાશ-ઉદ્ગમનું વર્ણપટ જોવા માટે તેનો ઉપયોગ થાય છે. સમગ્ર વર્ણપટ જોવા માટે ટેલિસ્કોપ Tને જુદા જુદા કોણે ભ્રમણ આપવામાં આવે છે. સંશોધન કે ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે વપરાતાં ઉપકરણ ઘણાં જટિલ હોય છે. આવાં ઉપકરણો સાથે ફોટોગ્રાફિક અથવા ફોટોઇલેક્ટ્રિક અભિલેખન જોડવામાં આવે છે. આથી જ તેને સ્પેક્ટ્રોગ્રાફ કહે છે.

ગ્રેટિંગ-ઉપકરણો તરંગલંબાઈના માપન માટે વપરાય છે. કારણ કે ગ્રેટિંગ-અંતરાલ માઇક્રોસ્કોપ વડે ચોકસાઈથી માપી શકાય છે. આમાં m = ± 1 ± 2 વગેરે માટે કેટલાક વર્ણપટ મળે છે. આવા ઉપકરણમાં જ્યારે એક વર્ણપટ બીજા ઉપર આપાત થાય છે ત્યારે મૂંઝવણ પેદા થાય છે.

ગ્રેટિંગ-ઉપકરણના ગેરલાભ દૂર કરવા માટે ગ્રેટિંગ-ખાંચાની પરિચ્છેદિકા(profile)ને એવો આકાર આપવામાં આવે છે, જેથી તેના પર ખાસ બાજુના ખાસ ક્રમ ઉપર પ્રકાશનો મોટો હિસ્સો ફેંકી શકાય. આ ટૅક્નિકને બ્લેઝિંગ (blazing) કહે છે. તેનાથી પરિચ્છેદિકાના નિયંત્રણથી વ્યક્તિગત ખાંચાઓનાં વિવર્તન-લક્ષણો(ગુણધર્મો)માં ફેરફાર થાય છે. એકલ ખાંચા વડે વિવર્તિત પ્રકાશની તરંગલંબાઈ માટે પસંદ કરવામાં આવેલ કોણે q (દ 0) મહત્તમ તીવ્રતાવાળી તીક્ષ્ણ ટોચ મળે છે.

જે તરંગની તરંગલંબાઈઓ તદ્દન નજીક નજીક હોય તેમના ગ્રેટિંગ વડે મળતા મુખ્ય અધિકતમ શક્ય તેટલા સાંકડા હોવા જોઈએ, જેથી તેમને છૂટા પાડી શકાય, બીજા શબ્દોમાં ગ્રેટિંગની વિભેદનશક્તિ R  ઘણી વધારે હોવી જોઈએ. અહીં λ એ વર્ણપટની સરેરાશ તરંગલંબાઈ છે. Δλ એ તરંગલંબાઈઓ વચ્ચેનો તફાવત છે. અહીં R = Nm  થાય છે, જ્યાં N એ ગ્રેટિંગ ઉપરનાં કુલ રેખાંકનો (Rulings) છે અને m ક્રમ છે. m = 0 હોય ત્યારે મધ્યસ્થ મુખ્ય અધિકતમ મળે છે.

λ = 5800 A અને m = 1 માટે ત્રણ ગ્રેટિંગનાં કેટલાંક લક્ષણો :

ગ્રેટિંગ	N	d A	θ q	R	D = 10–3 અંશ/Å
A	10,000	25,000	13.3°	10,000	2.32
B	20,000	25,400	13.3°	20,000	2.32
C	10,000	13,700	25.5°	10,000	4.64

ગ્રેટિંગ A અને B સરખી વિસર્જનશક્તિ ધરાવે છે, જ્યારે A અને C એકસરખી વિભેદનશક્તિ ધરાવે છે. આકૃતિ 3માં આપાત તરંગલંબાઈઓ λ₁ અને λ₂ માટે તીવ્રતાની ભાત દર્શાવે છે.

ગ્રેટિંગ Bની વિભેદનશક્તિ વધારે હોવાથી તીવ્રતા માટેના મહત્તમ આંકડા છે.

ગ્રેટિંગ C જે વધુ વિસર્જનશક્તિ ધરાવે છે તેના માટે λ1 અને λ2 વચ્ચે કોણીય અલગતા લગભગ બમણી છે.

હરગોવિંદ બે. પટેલ