الشبكة الحيودية

This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (December 2011) (Learn how and when to remove this message)

في البصريات ، الشبكة الحيودية هي شبكة بصرية ذات بنية دورية تحيد الضوء، أو نوع آخر من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، إلى عدة حزم تسافر في اتجاهات مختلفة (أي زوايا حيود مختلفة). التلوين الناشئ هو شكل من أشكال التلوين الهيكلي . ^{[1] [2]} تعتمد اتجاهات أو زوايا حيود هذه الحزم على زاوية الموجة (الضوء) الواردة على الشبكة الحيودية، والتباعد أو المسافة الدورية بين عناصر الحيود المجاورة (على سبيل المثال، الشقوق الموازية للشبكة النفاذة) على الشبكة، وطول موجة الضوء الوارد. تعمل الشبكة كعنصر تشتيت . وبسبب هذا، تُستخدم الشبكات الحيودية بشكل شائع في أجهزة قياس اللون الأحادي وأجهزة قياس الطيف ، ولكن هناك تطبيقات أخرى ممكنة أيضًا مثل أجهزة ترميز البصريات للتحكم في الحركة عالية الدقة ^[3] وقياس واجهة الموجة . ^{[4] [5]}

بالنسبة للتطبيقات النموذجية، تحتوي الشبكة العاكسة على حواف أو خطوط على سطحها بينما تحتوي الشبكة النفاذة على شقوق نفاذة أو مجوفة على سطحها. ^[6] تعمل هذه الشبكة على تعديل سعة الموجة الواردة لإنشاء نمط حيود. تعمل بعض الشبكات على تعديل أطوار الموجات الواردة بدلاً من السعة، ويمكن إنتاج هذه الأنواع من الشبكات بشكل متكرر باستخدام التصوير المجسم . ^[7]

لاحظ جيمس جريجوري (1638-1675) أنماط الحيود التي تسببها ريشة طائر ، والتي كانت في الواقع أول شبكة حيود (في شكل طبيعي) يتم اكتشافها، بعد حوالي عام من تجارب إسحاق نيوتن على المنشور . ^[8] تم صنع أول شبكة حيود من صنع الإنسان حوالي عام 1785 بواسطة مخترع فيلادلفيا ديفيد ريتنهاوس ، الذي ربط الشعر بين برغيين رفيعي الخيوط. ^{[9] [10]} كان هذا مشابهًا لشبكة حيود الأسلاك للفيزيائي الألماني البارز جوزيف فون فراونهوفر في عام 1821. ^{[11] [12] اكتشف} توماس يونج ^[13] وأوغستين جان فرينل مبادئ الحيود . ^{[14] [15]} باستخدام هذه المبادئ، كان فراونهوفر أول من استخدم شبكة الحيود للحصول على أطياف الخطوط وأول من قام بقياس أطوال موجات الخطوط الطيفية باستخدام شبكة الحيود.

في ستينيات القرن التاسع عشر، تم تصنيع شبكات حيود متطورة ذات فترة أخدود صغيرة ( د ) بواسطة فريدريش أدولف نوبرت (1806-1881) في جرايفسفالد ؛ ^[16] ثم تولى الأمريكيان لويس موريس رذرفورد (1816-1892) وويليام ب. روجرز (1804-1882) زمام المبادرة. ^{[17] [18]} وبحلول نهاية القرن التاسع عشر، أصبحت الشبكات المقعرة لهنري أوغسطس رولاند (1848-1901) هي الأفضل المتاحة. ^{[19] [20]}

يمكن أن تخلق الشبكة الحيودية ألوان " قوس قزح " عندما تضاء بمصدر ضوء واسع الطيف (على سبيل المثال، مستمر). الألوان الشبيهة بقوس قزح من المسارات الضيقة المتقاربة على أقراص تخزين البيانات الضوئية مثل الأقراص المضغوطة أو أقراص الفيديو الرقمية هي مثال على حيود الضوء الناجم عن الشبكات الحيودية. تحتوي الشبكة الحيودية المعتادة على خطوط متوازية (هذا صحيح بالنسبة للشبكات أحادية البعد، ولكن الشبكات ثنائية أو ثلاثية الأبعاد ممكنة أيضًا ولها تطبيقاتها مثل قياس واجهة الموجة)، بينما تحتوي الأقراص المضغوطة على دوامة من مسارات البيانات المتباعدة بدقة. تظهر ألوان الحيود أيضًا عندما ينظر المرء إلى مصدر نقطة ساطع من خلال غطاء من نسيج مظلة شفاف دقيق الخطوة. الأغشية البلاستيكية المزخرفة المبنية على بقع الشبكة العاكسة غير مكلفة وشائعة. لا يحدث فصل لوني مماثل يُرى من طبقات رقيقة من الزيت (أو البنزين، إلخ) على الماء، والمعروف باسم التقزح اللوني ، بسبب الحيود من الشبكة ولكن بسبب تداخل الغشاء الرقيق من الطبقات النفاذة المكدسة عن كثب.

بالنسبة لشبكة حيود، فإن العلاقة بين تباعد الشبكة (أي المسافة بين أخاديد الشبكة المتجاورة أو الشقوق) وزاوية سقوط الموجة (الضوء) على الشبكة والموجة المنحرفة عن الشبكة تُعرف باسم معادلة الشبكة. مثل العديد من الصيغ البصرية الأخرى، يمكن اشتقاق معادلة الشبكة باستخدام مبدأ هويجنز-فرينل ، ^[21] الذي ينص على أنه يمكن اعتبار كل نقطة على واجهة موجة لموجة منتشرة بمثابة مصدر موجة نقطية، ويمكن إيجاد واجهة موجة في أي نقطة لاحقة عن طريق إضافة المساهمات من كل من مصادر الموجة النقطية الفردية هذه على واجهة الموجة السابقة.

قد تكون الشبكات من النوع "العاكس" أو "الناقل"، على غرار المرآة أو العدسة على التوالي. تتمتع الشبكة بـ "وضع الترتيب الصفري" (حيث يتم ضبط الترتيب الصحيح للانحراف m على الصفر)، حيث يتصرف شعاع الضوء وفقًا لقوانين الانعكاس ( مثل المرآة) والانكسار (مثل العدسة)، على التوالي.

تتكون الشبكة الحيودية المثالية من مجموعة من الشقوق ذات المسافات ، والتي يجب أن تكون أوسع من الطول الموجي المطلوب لتسبب الانعراج. بافتراض وجود موجة مستوية من الضوء أحادي اللون بطول موجي عند سقوط طبيعي على شبكة (أي أن الجبهات الموجية للموجة الواردة موازية للمستوى الرئيسي للشبكة)، فإن كل شق في الشبكة يعمل كمصدر شبه نقطي لموجة ينتشر منها الضوء في جميع الاتجاهات (على الرغم من أن هذا يقتصر عادةً على نصف الكرة الأمامي من مصدر النقطة). بالطبع، تلعب كل نقطة على كل شق تصل إليها الموجة الواردة كمصدر موجة نقطية لموجة الانعراج وكل هذه المساهمات في موجة الانعراج تحدد توزيع خصائص ضوء موجة الانعراج التفصيلي، ولكن زوايا الانعراج (عند الشبكة) التي تكون عندها شدة موجة الانعراج هي الأعلى يتم تحديدها فقط من خلال هذه المصادر شبه النقطية المقابلة للشقوق في الشبكة. بعد تفاعل الضوء الوارد (الموجة) مع الشبكة، يتكون الضوء المنحرف الناتج عن الشبكة من مجموع مكونات الموجة المتداخلة ^[22] الصادرة من كل شق في الشبكة؛ في أي نقطة معينة في الفضاء يمكن للضوء المنحرف أن يمر من خلالها، والتي تسمى عادةً نقطة المراقبة، يختلف طول المسار من كل شق في الشبكة إلى النقطة المعينة، وبالتالي يختلف طور الموجة المنبعثة من كل من الشقوق عند تلك النقطة أيضًا. ونتيجة لذلك، فإن مجموع الموجات المنحرفة من شقوق الشبكة عند نقطة المراقبة المعينة يخلق ذروة أو واديًا أو درجة ما بينهما في شدة الضوء من خلال التداخل الإضافي والمدمر . ^[23] عندما يكون الفرق بين مسارات الضوء من الشقوق المجاورة إلى نقطة المراقبة مساويًا لمضاعف عدد صحيح فردي لنصف الطول الموجي، l مع عدد صحيح فردي ، تكون الموجات خارج الطور عند تلك النقطة، وبالتالي تلغي بعضها البعض لإنشاء الحد الأدنى (محليًا) لشدة الضوء. وبالمثل، عندما يكون فرق المسار مضاعفًا لـ ، تكون الموجات في نفس الطور وتحدث أقصى شدة (محليًا). بالنسبة للضوء عند السقوط العمودي على الشبكة، تحدث أقصى شدة عند زوايا حيود ، والتي تلبي العلاقة ، حيث هي الزاوية بين الشعاع المنحرف والمتجه العمودي للشبكة ، هي المسافة من مركز شق واحد إلى مركز الشق المجاور، و هو عدد صحيح يمثل وضع الانتشار محل الاهتمام المسمى ترتيب الحيود. ${\displaystyle d}$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle l(\lambda /2)}$${\displaystyle l}$${\displaystyle \lambda }$${\displaystyle \theta _{m}}$${\displaystyle d\sin \theta _{m}=m\lambda }$${\displaystyle \theta _{m}}$${\displaystyle d}$${\displaystyle m}$

عندما تسقط موجة ضوئية مستوية بشكل طبيعي على شبكة ذات فترة منتظمة ، فإن الضوء المنحرف يكون له أقصى قيمة عند زوايا حيود تعطى بواسطة حالة خاصة لمعادلة الشبكة مثل ${\displaystyle d}$${\displaystyle \theta _{m}}$$${\displaystyle \sin \theta _{m}={\frac {m\lambda }{d}}.}$$

يمكن إظهار أنه إذا سقطت الموجة المستوية بزاوية نسبية على العمودي الشبكي، في المستوى المتعامد على دورية الشبكة، تصبح معادلة الشبكة التي تصف الحيود داخل المستوى كحالة خاصة من السيناريو الأكثر عمومية للحيود المخروطي أو خارج المستوى الموصوف بمعادلة الشبكة المعممة: حيث هي الزاوية بين اتجاه الموجة المستوية واتجاه أخاديد الشبكة، والتي تكون متعامدة على كل من اتجاهي دورية الشبكة والعمودي الشبكي. يتم استخدام اتفاقيات إشارة مختلفة لـ و ؛ أي اختيار جيد طالما تم الاحتفاظ بالاختيار من خلال الحسابات المتعلقة بالحيود. عند حلها لزاوية الحيود التي يتم عندها تعظيم شدة الموجة المنحرفة، تصبح المعادلة ${\displaystyle \theta _{i}}$$${\displaystyle \sin \theta _{i}+\sin \theta _{m}={\frac {m\lambda }{d}},}$$$${\displaystyle \sin \theta _{i}+\sin \theta _{m}={\frac {m\lambda }{d\sin \gamma }},}$$${\displaystyle \gamma }$${\displaystyle \theta _{i}}$${\displaystyle \theta _{m}}$${\displaystyle m}$$${\displaystyle \theta _{m}=\arcsin \!\left(\sin \theta _{i}-{\frac {m\lambda }{d\sin \gamma }}\right).}$$

الضوء المنحرف الذي يتوافق مع النقل المباشر لشبكة حيود نفاذة أو الانعكاس المرآوي ^[24] لشبكة عاكسة يسمى بالترتيب الصفري، ويشار إليه بـ . تحدث أقصى شدة الضوء المنحرف الأخرى عند زوايا ممثلة بترتيبات حيود صحيحة غير صفرية . لاحظ أنه يمكن أن تكون موجبة أو سالبة، تتوافق مع الترتيبات المنحرفة على جانبي الشعاع المنحرف من الترتيب الصفري. ${\displaystyle m=0}$${\displaystyle \theta _{m}}$${\displaystyle m}$${\displaystyle m}$

حتى لو تم استخلاص معادلة الشبكة من شبكة محددة مثل الشبكة في الرسم البياني الأيمن (تسمى هذه الشبكة شبكة منقطة)، يمكن تطبيق المعادلة على أي بنية منتظمة بنفس المسافة، لأن العلاقة الطورية بين الضوء المتناثر من عناصر حيود مجاورة للشبكة تظل كما هي. يعتمد توزيع خصائص الضوء المتناثر التفصيلي (على سبيل المثال، الكثافة) على البنية التفصيلية لعناصر الشبكة وكذلك على عدد العناصر في الشبكة، لكنه يعطي دائمًا قيمًا قصوى في الاتجاهات المعطاة بواسطة معادلة الشبكة.

اعتمادًا على كيفية تعديل الشبكة للضوء الساقط عليها للتسبب في الضوء المنحرف، هناك أنواع الشبكة التالية: ^[25]

• شبكة حيود سعة الإرسال، والتي تعدل مكانيًا ودوريًا شدة الموجة الواردة التي تنتقل عبر الشبكة (والموجة المنحرفة هي نتيجة لهذا التعديل).
• شبكات حيود سعة الانعكاس، والتي تعدل مكانيًا ودوريًا شدة الموجة الواردة المنعكسة من الشبكة.
• شبكة حيود طور النقل، التي تعمل على تعديل طور الموجة الواردة التي تمر عبر الشبكة مكانيًا ودوريًا.
• شبكة حيود طور الانعكاس، التي تعمل على تعديل طور الموجة الواردة المنعكسة من الشبكة مكانيًا ودوريًا.

تعتبر الشبكة الحيودية للمحور البصري ، والتي يتم فيها تعديل المحور البصري مكانيًا ودوريًا، أيضًا إما شبكة حيود طور انعكاس أو طور انتقال.

تنطبق معادلة الشبكة على كل هذه الشبكات بسبب نفس علاقة الطور بين الموجات المنحرفة من العناصر المنحرفة المجاورة للشبكات، حتى لو كان التوزيع التفصيلي لخاصية الموجة المنحرفة يعتمد على البنية التفصيلية لكل شبكة.

تقدم الديناميكا الكهربائية الكمومية (QED) اشتقاقًا آخر لخصائص الشبكة الحيودية من حيث الفوتونات كجسيمات (على مستوى ما). يمكن وصف الديناميكا الكهربائية الكمومية بشكل حدسي باستخدام صيغة التكامل المساري لميكانيكا الكم. على هذا النحو، يمكنها نمذجة الفوتونات على أنها تتبع جميع المسارات المحتملة من مصدر إلى نقطة نهائية، كل مسار بسعة احتمالية معينة . يمكن تمثيل هذه السعات الاحتمالية كعدد مركب أو متجه مكافئ - أو كما يسميها ريتشارد فاينمان ببساطة في كتابه عن الديناميكا الكهربائية الكمومية، "أسهم".

بالنسبة لاحتمال وقوع حدث معين، نجمع سعة الاحتمال لجميع الطرق الممكنة التي يمكن أن يحدث بها الحدث، ثم نأخذ مربع طول النتيجة. يمكن نمذجة سعة الاحتمال لفوتون من مصدر أحادي اللون للوصول إلى نقطة نهائية معينة في وقت معين، في هذه الحالة، على أنها سهم يدور بسرعة حتى يتم تقييمه عندما يصل الفوتون إلى نقطته النهائية. على سبيل المثال، بالنسبة لاحتمال انعكاس الفوتون عن المرآة ورصده عند نقطة معينة بعد فترة زمنية معينة، نضبط سعة احتمال الفوتون على الدوران أثناء مغادرته للمصدر، ومتابعته إلى المرآة، ثم إلى نقطته النهائية، حتى بالنسبة للمسارات التي لا تتضمن الارتداد عن المرآة بزوايا متساوية. يمكن للمرء بعد ذلك تقييم سعة الاحتمال عند النقطة النهائية للفوتون؛ بعد ذلك، يمكن للمرء أن يدمج كل هذه الأسهم (انظر مجموع المتجهات )، ويربع طول النتيجة للحصول على احتمالية انعكاس هذا الفوتون عن المرآة بالطريقة المناسبة. الأوقات التي تستغرقها هذه المسارات هي ما يحدد زاوية سهم سعة الاحتمالية، حيث يمكن القول إنها "تدور" بمعدل ثابت (وهو ما يرتبط بتردد الفوتون).

إن أزمنة المسارات القريبة من موقع الانعكاس الكلاسيكي للمرآة متماثلة تقريباً، وبالتالي فإن سعات الاحتمال تشير إلى نفس الاتجاه تقريباً ـ وبالتالي فإن مجموعها كبير. ويكشف فحص المسارات نحو حواف المرآة أن أزمنة المسارات القريبة تختلف تمام الاختلاف عن بعضها البعض، وبالتالي فإننا ننتهي إلى جمع متجهات تلغي بعضها بعضاً بسرعة. وبالتالي فإن احتمالية أن يتبع الضوء مسار انعكاس شبه كلاسيكي أعلى من احتمالية أن يتبع مساراً أبعد. ومع ذلك، يمكن صنع شبكة حيود من هذه المرآة، عن طريق كشط المناطق القريبة من حافة المرآة والتي عادة ما تلغي السعات القريبة ـ ولكن الآن، بما أن الفوتونات لا تنعكس من الأجزاء المكشطة، فإن سعات الاحتمال التي تشير جميعها، على سبيل المثال، إلى خمسة وأربعين درجة، يمكن أن يكون لها مجموع كبير. وبالتالي، فإن هذا يسمح للضوء ذي التردد الصحيح بجمع سعة احتمالية أكبر، وبالتالي يمتلك احتمالاً أكبر للوصول إلى النقطة النهائية المناسبة.

يتضمن هذا الوصف العديد من التبسيطات: مصدر نقطي، و"سطح" يمكن للضوء أن ينعكس عنه (وبالتالي إهمال التفاعلات مع الإلكترونات) وما إلى ذلك. ولعل أكبر تبسيط يكمن في حقيقة مفادها أن "دوران" أسهم سعة الاحتمال يمكن تفسيره بدقة أكبر باعتباره "دورانًا" للمصدر، حيث لا "تدور" سعات احتمال الفوتونات أثناء انتقالها. نحصل على نفس التباين في سعات الاحتمال من خلال ترك الوقت الذي غادر فيه الفوتون المصدر غير محدد - ويخبرنا وقت المسار الآن بموعد مغادرة الفوتون للمصدر، وبالتالي ما هي زاوية "سهمه". ومع ذلك، فإن هذا النموذج والتقريب معقولان لتوضيح الشبكة الحيودية مفهوميًا. قد ينعكس الضوء بتردد مختلف أيضًا عن نفس الشبكة الحيودية، ولكن بنقطة نهائية مختلفة. ^[26]

يوضح اعتماد الطول الموجي في معادلة الشبكة أن الشبكة تفصل شعاعًا متعدد الألوان الوارد إلى مكوناته المكونة للطول الموجي بزوايا مختلفة، أي أنها تشتت زاويًا. يتم إرسال كل طول موجي من طيف الشعاع المدخل في اتجاه مختلف، مما ينتج عنه قوس قزح من الألوان تحت إضاءة الضوء الأبيض. هذا مشابه بصريًا لعمل المنشور ، على الرغم من أن الآلية مختلفة تمامًا. يكسر المنشور موجات ذات أطوال موجية مختلفة بزوايا مختلفة بسبب معاملات الانكسار المختلفة الخاصة بها، بينما تضاد الشبكة أطوال موجية مختلفة بزوايا مختلفة بسبب التداخل عند كل طول موجي.

قد تتداخل الحزم المشتتة المقابلة للترتيبات المتتالية، اعتمادًا على المحتوى الطيفي للحزمة الواردة وكثافة الشبكة. وكلما زاد الترتيب الطيفي، زاد التداخل في الترتيب التالي.

تُظهر معادلة الشبكة أن زوايا الترتيبات المنحرفة تعتمد فقط على فترة الأخاديد، وليس على شكلها. من خلال التحكم في مقطع الأخاديد العرضي، من الممكن تركيز معظم الطاقة الضوئية المنحرفة في ترتيب معين لطول موجي معين. يُستخدم عادةً مقطع مثلثي. تُسمى هذه التقنية بالتوهج . غالبًا ما تسمى زاوية السقوط والطول الموجي اللذين يكون الحيود عندهما أكثر كفاءة (نسبة الطاقة الضوئية المنحرفة إلى الطاقة الواردة هي الأعلى) بزاوية التوهج وطول الموجة المنحرف. قد تعتمد كفاءة الشبكة أيضًا على استقطاب الضوء الساقط. عادةً ما يتم تحديد الشبكات من خلال كثافة أخدودها ، وعدد الأخاديد لكل وحدة طول، والتي يتم التعبير عنها عادةً بالأخاديد لكل مليمتر (جم/مم)، والتي تساوي أيضًا معكوس فترة الأخدود. يجب أن تكون فترة الأخدود في رتبة الطول الموجي المطلوب؛ يعتمد النطاق الطيفي الذي تغطيه الشبكة على تباعد الأخدود وهو نفسه بالنسبة للشبكات المسطرة والهولوغرافية بنفس ثابت الشبكة (أي كثافة الأخدود أو فترة الأخدود). أقصى طول موجي يمكن للشبكة أن تحيده يساوي ضعف فترة الشبكة، وفي هذه الحالة يكون الضوء الوارد والمنحرف عند تسعين درجة (90 درجة) من عمودي الشبكة. للحصول على تشتت التردد على تردد أوسع يجب استخدام منشور. يتوافق النظام البصري، الذي يكون فيه استخدام الشبكات أكثر شيوعًا، مع أطوال موجية تتراوح بين 100 نانومتر و10 ميكرومتر . في هذه الحالة، يمكن أن تتنوع كثافة الأخدود من بضع عشرات من الأخاديد لكل مليمتر، كما هو الحال في شبكات إيشيل ، إلى بضعة آلاف من الأخاديد لكل مليمتر.

عندما تكون المسافة بين الأخدودين أقل من نصف الطول الموجي للضوء، فإن الترتيب الوحيد الموجود هو الترتيب م = 0. تسمى الشبكات ذات هذه الدورية الصغيرة (بالنسبة لطول موجة الضوء الوارد) بالشبكات دون الطول الموجي وتظهر خصائص بصرية خاصة. تؤدي الشبكات دون الطول الموجي المصنوعة على مادة متساوية الخواص إلى تكوين ازدواجية الانكسار ، حيث تتصرف المادة كما لو كانت ثنائية الانكسار .

تم تسمية الشبكات ذات الدقة العالية بسبب تركيب سطحها من المنخفضات (النقش المنخفض) والارتفاعات (النقش العالي). في الأصل، كانت الشبكات ذات الدقة العالية تحكمها محركات تحكم عالية الجودة كان بناؤها مشروعًا كبيرًا. صمم هنري جوزيف جرايسون آلة لصنع شبكات حيود، ونجح في صنع واحدة من 120000 خط في البوصة (حوالي 4724 خطًا لكل مم) في عام 1899. لاحقًا، أنشأت تقنيات الطباعة الضوئية شبكات عبر أنماط التداخل الهولوغرافي . تحتوي الشبكة الهولوغرافية على أخاديد جيبية نتيجة لنمط تداخل جيبي بصري على مادة الشبكة أثناء تصنيعها، وقد لا تكون فعالة مثل الشبكات المحكم، ولكنها غالبًا ما تكون مفضلة في أحادي اللون لأنها تنتج ضوءًا ضالًا أقل . يمكن لتقنية النسخ أن تصنع نسخًا عالية الجودة من الشبكات الأصلية من أي نوع، وبالتالي خفض تكاليف التصنيع.

تُستخدم تقنية أشباه الموصلات اليوم أيضًا لنقش الشبكات ذات الأنماط المجسمة في مواد قوية مثل السيليكا المنصهرة. وبهذه الطريقة، يتم الجمع بين التصوير المجسم منخفض الضوء الضال والكفاءة العالية للشبكات الناقلة العميقة المحفورة، ويمكن دمجها في تقنية تصنيع أشباه الموصلات عالية الحجم ومنخفضة التكلفة.

هناك طريقة أخرى لتصنيع شبكات الحيود تستخدم هلامًا حساسًا للضوء محصورًا بين ركيزتين. يعرض نمط التداخل الهولوغرافي الهلام، والذي تم تطويره لاحقًا. لا تحتوي هذه الشبكات، التي تسمى شبكات حيود الهولوغرافيا الطورية الحجمية (أو شبكات حيود VPH)، على أخاديد مادية، ولكن بدلاً من ذلك تحتوي على تعديل دوري لمؤشر الانكسار داخل الهلام. هذا يزيل الكثير من تأثيرات التشتت السطحي التي تُرى عادةً في أنواع أخرى من الشبكات. تميل هذه الشبكات أيضًا إلى أن تكون ذات كفاءة أعلى، وتسمح بإدراج أنماط معقدة في شبكة واحدة. عادةً ما تكون شبكة حيود VPH عبارة عن شبكة نقل، يمر من خلالها الضوء الساقط وينحرف، ولكن يمكن أيضًا صنع شبكة انعكاس VPH عن طريق إمالة اتجاه تعديل مؤشر الانكسار فيما يتعلق بسطح الشبكة. ^[27] في الإصدارات الأقدم من هذه الشبكات، كانت القابلية للتأثر البيئي مقايضة، حيث كان يجب احتواء الهلام في درجات حرارة ورطوبة منخفضة. عادةً ما يتم غلق المواد الحساسة للضوء بين ركيزتين مما يجعلها مقاومة للرطوبة والإجهادات الحرارية والميكانيكية. لا يتم تدمير شبكات حيود VPH عن طريق اللمسات العرضية وهي أكثر مقاومة للخدش من شبكات الإغاثة النموذجية.

يتم تصنيع الشبكة المحززة بأخاديد ذات مقطع عرضي على شكل سن المنشار، على عكس الأخاديد المتماثلة للشبكات الأخرى. وهذا يسمح للشبكة بتحقيق أقصى قدر من كفاءة الانعراج، ولكن في ترتيب انعراج واحد فقط يعتمد على زاوية أخاديد سن المنشار، والمعروفة باسم زاوية الانعراج. تشمل الاستخدامات الشائعة اختيار الطول الموجي المحدد لليزر القابل للضبط ، من بين أمور أخرى.

تعد تقنية التصوير المجسم الرقمي المستوي (DPH) من التقنيات الجديدة لإدخال الشبكات في دوائر الموجات الضوئية الفوتونية المتكاملة . يتم إنشاء شبكات DPH في الكمبيوتر وتصنيعها على واجهة واحدة أو أكثر من واجهات الموجه الضوئي المستوي باستخدام طرق الطباعة الحجرية الدقيقة القياسية أو الطباعة النانوية، المتوافقة مع الإنتاج الضخم. ينتشر الضوء داخل شبكات DPH، محصورًا بتدرج معامل الانكسار، مما يوفر مسار تفاعل أطول ومرونة أكبر في توجيه الضوء.

تُستخدم الشبكات الحيودية غالبًا في أجهزة قياس اللون الأحادي ، وأجهزة قياس الطيف ، وأجهزة الليزر ، وأجهزة تقسيم الطول الموجي ، وأجهزة ضغط النبضات الضوئية ، وأجهزة قياس التداخل ، ^[28] والعديد من الأجهزة البصرية الأخرى.

تعتبر وسائط CD وDVD المضغوطة العادية أمثلة يومية على شبكات الانعراج ويمكن استخدامها لإثبات التأثير من خلال عكس ضوء الشمس عنها على جدار أبيض. هذا هو أحد الآثار الجانبية لتصنيعها، حيث يحتوي أحد أسطح القرص المضغوط على العديد من الحفر الصغيرة في البلاستيك، مرتبة بشكل حلزوني؛ يحتوي هذا السطح على طبقة رقيقة من المعدن لجعل الحفر أكثر وضوحًا. بنية قرص DVD متشابهة بصريًا، على الرغم من أنه قد يحتوي على أكثر من سطح مثقوب، وجميع الأسطح المثقوبة موجودة داخل القرص. ^{[29] [30]}

بسبب حساسية معامل الانكسار للوسائط، يمكن استخدام الشبكة الحيودية كمستشعر لخصائص السوائل. ^[31]

في أسطوانة الفينيل المضغوطة القياسية ، عند النظر إليها من زاوية منخفضة عمودية على الأخاديد، يظهر تأثير مماثل ولكن أقل تحديدًا للتأثير الموجود في أسطوانة CD/DVD. ويرجع هذا إلى زاوية الرؤية (أقل من الزاوية الحرجة لانعكاس الفينيل الأسود) ومسار الضوء المنعكس بسبب ذلك والذي يتغير بواسطة الأخاديد، مما يترك وراءه نمطًا بارزًا من قوس قزح.

تُستخدم شبكات الحيود أيضًا لتوزيع الضوء الأمامي لأجهزة القراءة الإلكترونية مثل Nook Simple Touch المزودة بتقنية GlowLight بالتساوي . ^[32]

تحتوي بعض المكونات الإلكترونية اليومية على أنماط دقيقة ومنتظمة، ونتيجة لذلك تعمل بسهولة كشبكات حيود. على سبيل المثال، يمكن إزالة أجهزة استشعار CCD من الهواتف المحمولة والكاميرات المهملة من الجهاز. باستخدام مؤشر الليزر، يمكن أن يكشف الحيود عن البنية المكانية لأجهزة استشعار CCD. ^[33] يمكن القيام بذلك أيضًا لشاشات LCD أو LED للهواتف الذكية. نظرًا لأن مثل هذه الشاشات محمية عادةً بغلاف شفاف فقط، يمكن إجراء التجارب دون إتلاف الهواتف. إذا لم تكن القياسات الدقيقة مقصودة، يمكن أن يكشف الضوء الكاشف عن أنماط الحيود.

العضلات المخططة هي أكثر الشبكات الحيودية الطبيعية شيوعًا ^[34] ، وقد ساعد هذا علماء وظائف الأعضاء في تحديد بنية هذه العضلات. وبصرف النظر عن هذا، يمكن اعتبار البنية الكيميائية للبلورات بمثابة شبكات حيود لأنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي بخلاف الضوء المرئي، وهذا هو الأساس لتقنيات مثل علم البلورات بالأشعة السينية .

غالبًا ما يتم الخلط بين الألوان المتلألئة لريش الطاووس والصدف وأجنحة الفراشات مع شبكات الحيود . غالبًا ما يكون سبب التقزح اللوني في الطيور ^[35] والأسماك ^[36] والحشرات ^{[35] [37] هو} تداخل الأغشية الرقيقة وليس شبكة الحيود. ينتج الحيود الطيف الكامل للألوان مع تغير زاوية الرؤية، بينما ينتج تداخل الأغشية الرقيقة عادةً نطاقًا أضيق بكثير. يمكن أن تخلق أسطح الزهور أيضًا حيودًا، لكن هياكل الخلايا في النباتات عادة ما تكون غير منتظمة للغاية لإنتاج هندسة الشق الدقيق اللازمة لشبكة الحيود. ^[38] وبالتالي فإن إشارة التقزح اللوني للزهور تكون محسوسة محليًا للغاية وبالتالي غير مرئية للإنسان والحشرات الزائرة للزهور. ^{[39] [40]} ومع ذلك، تحدث الشبكات الطبيعية في بعض الحيوانات اللافقارية، مثل عنكبوت الطاووس ، ^[41] وهوائيات الروبيان البذري ، وقد تم اكتشافها حتى في أحافير شيل بورجيس . ^{[42] [43]}

تُرى تأثيرات الشبكة الحيودية أحيانًا في علم الأرصاد الجوية . تُعتبر هالات الحيود حلقات ملونة تحيط بمصدر الضوء، مثل الشمس. وعادةً ما تُلاحظ هذه الهالات بالقرب من مصدر الضوء أكثر من الهالات ، وتنتج عن جسيمات دقيقة للغاية، مثل قطرات الماء أو بلورات الجليد أو جزيئات الدخان في سماء ضبابية. عندما تكون جميع الجسيمات بنفس الحجم تقريبًا فإنها تحيد الضوء الوارد بزوايا محددة للغاية. تعتمد الزاوية الدقيقة على حجم الجسيمات. تُلاحظ هالات الحيود عادةً حول مصادر الضوء، مثل لهب الشموع أو مصابيح الشوارع، في الضباب. يحدث تقزح السحب بسبب الحيود، الذي يحدث على طول الحلقات الإكليلية عندما تكون جميع الجسيمات في السحب متساوية في الحجم. ^[44]

• محاضرة الشبكات الحيودية 9، يوتيوب
• شبكات الحيود - العنصر التشتتي الحاسم
• دروس البصريات - شبكات الحيود المصفوفة والمجسمة
• برنامج تتبع الأشعة الذي يتعامل مع الشبكات المقعرة العاكسة العامة لنظام التشغيل Windows XP والإصدارات الأحدث
• التداخل في عوارض الشبكة الحيودية - عرض ولفرام