Дифракционная решётка: принцип действия и применение

Введение

Оптический компонент, расщепляющий свет на несколько лучей.

В оптике дифракционная решетка – это оптическая решетка с периодической структурой, которая дифрагирует свет или другой тип электромагнитного излучения на несколько лучей, распространяющихся в различных направлениях (т.е. под разными углами дифракции). Возникающая окраска является формой структурной окраски. Направления или углы дифракции этих лучей зависят от угла падения волны (света) на дифракционную решетку, расстояния или периодического интервала между соседними дифрагирующими элементами (например, параллельными щелями для просветной решетки) на решетке и длины волны падающего света. Решетка действует как диспергирующий элемент. Благодаря этому дифракционные решетки широко используются в монохроматорах и спектрометрах, но возможны и другие применения, такие как оптические энкодеры для высокоточного управления движением и измерение волнового фронта. Для типичных применений отражающая решетка имеет гребни или штрихи на своей поверхности, а просветная решетка – просветные или полые щели. Такая решетка модулирует амплитуду падающей волны для создания дифракционной картины. Некоторые решетки модулируют фазу падающих волн, а не амплитуду, и такие решетки часто изготавливаются с помощью голографии. Джеймс Грегори (1638–1675) наблюдал дифракционные картины, вызванные птичьим пером, которое стало первой обнаруженной дифракционной решеткой (в естественной форме) примерно через год после экспериментов Исаака Ньютона с призмами. Первая искусственная дифракционная решетка была создана около 1785 года филадельфийским изобретателем Дэвидом Риттенхаусом, который натянул волосы между двумя тонкими винтами. Это было похоже на проволочную дифракционную решетку известного немецкого физика Иозефа фон Фраунгофера в 1821 году. Принципы дифракции были открыты Томасом Янгом и Огюстеном Жаном Френелем. Используя эти принципы, Фраунгофер первым применил дифракционную решетку для получения линейчатых спектров и впервые измерил длины волн спектральных линий с помощью дифракционной решетки. В 1860-х годах современные дифракционные решетки с малым периодом штрихов (d) изготавливал Фридрих Адольф Ноберт (1806–1881) в Грайфсвальде, а затем лидерство перешло к двум американцам – Льюису Моррису Рутерфорду (1816–1892) и Уильяму Б. Роджерсу (1804–1882). К концу XIX века вогнутые решетки Генри Августа Роуленда (1848–1901) были лучшими из доступных. Дифракционная решетка может создавать цвета «радуги» при освещении широким спектром (например, непрерывным) источником света. Радужные цвета, возникающие от близко расположенных узких дорожек на оптических дисках для хранения данных, таких как CD или DVD, являются примером дифракции света, вызванной дифракционными решетками. Обычная дифракционная решетка имеет параллельные линии (это справедливо для одномерных решеток, но возможны также двух- и трехмерные решетки, которые находят применение, например, в измерении волнового фронта), в то время как на CD спирально расположены мелко расположенные дорожки данных. Дифракционные цвета также появляются при взгляде на яркий точечный источник света через полупрозрачную ткань зонта с мелкой структурой. Декоративные пластиковые пленки с узорами на основе отражающих решеток недороги и широко распространены. Аналогичное цветовое разделение, наблюдаемое в тонких слоях масла (или бензина и т.д.) на воде, известное как иридесценция, вызвано не дифракцией от решетки, а тонкопленочной интерференцией от плотно расположенных просветных слоев.

In optics, a diffraction grating is an optical grating with a periodic structure that diffracts light, or another type of electromagnetic radiation, into several beams traveling in different directions (i. e., different diffraction angles). The emerging coloration is a form of structural coloration. The directions or diffraction angles of these beams depend on the wave (light) incident angle to the diffraction grating, the spacing or periodic distance between adjacent diffracting elements (e. g., parallel slits for a transmission grating) on the grating, and the wavelength of the incident light. The grating acts as a dispersive element. Because of this, diffraction gratings are commonly used in monochromators and spectrometers, but other applications are also possible such as optical encoders for high precision motion control and wavefront measurement. For typical applications, a reflective grating has ridges or rulings on its surface while a transmissive grating has transmissive or hollow slits on its surface. Such a grating modulates the amplitude of an incident wave to create a diffraction pattern. Some gratings modulate the phases of incident waves rather than the amplitude, and these types of gratings can be produced frequently by using holography. James Gregory (1638–1675) observed the diffraction patterns caused by a bird feather, which was effectively the first diffraction grating (in a natural form) to be discovered, about a year after Isaac Newton's prism experiments. The first human made diffraction grating was made around 1785 by Philadelphia inventor David Rittenhouse, who strung hairs between two finely threaded screws. This was similar to notable German physicist Joseph von Fraunhofer's wire diffraction grating in 1821. The principles of diffraction were discovered by Thomas Young and Augustin Jean Fresnel. Using these principles, Fraunhofer was the first to use a diffraction grating to obtain line spectra and the first to measure the wavelengths of spectral lines with a diffraction grating. In the 1860s, state of the art diffraction gratings with small groove period (d) were manufactured by Friedrich Adolph Nobert (1806–1881) in Greifswald; then the two Americans Lewis Morris Rutherfurd (1816–1892) and William B. Rogers (1804–1882) took over the lead. By the end of the 19th century, the concave gratings of Henry Augustus Rowland (1848–1901) were the best available. A diffraction grating can create "rainbow" colors when it is illuminated by a wide spectrum (e. g., continuous) light source. Rainbow like colors from closely spaced narrow tracks on optical data storage disks such as CDs or DVDs are an example of light diffraction caused by diffraction gratings. A usual diffraction grating has parallel lines (It is true for 1 dimensional gratings, but 2 or 3 dimensional gratings are also possible and they have their applications such as wavefront measurement), while a CD has a spiral of finely spaced data tracks. Diffraction colors also appear when one looks at a bright point source through a translucent fine pitch umbrella fabric covering. Decorative patterned plastic films based on reflective grating patches are inexpensive and commonplace. A similar color separation seen from thin layers of oil (or gasoline, etc.) on water, known as iridescence, is not caused by diffraction from a grating but rather by thin film interference from the closely stacked transmissive layers.

Квантовая электродинамика

Квантовая электродинамика (КЭД) предлагает еще один вывод свойств дифракционной решетки с точки зрения фотонов как частиц (на определенном уровне). КЭД может быть интуитивно описана с помощью интегрального представления пути в квантовой механике. Таким образом, она может моделировать фотоны, потенциально следующие по всем путям от источника до конечной точки, каждый путь с определенной амплитудой вероятности. Эти амплитуды вероятности могут быть представлены как комплексное число или эквивалентный вектор — или, как просто называет их Ричард Фейнман в своей книге по КЭД, «стрелки». Для вероятности наступления определенного события суммируются амплитуды вероятности для всех возможных способов, которыми это событие может произойти, а затем берется квадрат длины полученного результата. Амплитуда вероятности для фотона из монохроматического источника, чтобы достичь определенной конечной точки в данный момент времени, в данном случае, может быть смоделирована как стрелка, которая быстро вращается до момента вычисления, когда фотон достигает своей конечной точки. Например, для вероятности того, что фотон отразится от зеркала и будет наблюдаться в заданной точке через определенное время, амплитуда вероятности фотона начинает вращаться в момент его выхода из источника, сопровождает его до зеркала, а затем до конечной точки, даже для путей, не включающих отражение от зеркала под одинаковыми углами. Затем можно вычислить амплитуду вероятности в конечной точке фотона; далее можно проинтегрировать все эти стрелки (см. векторную сумму) и возвести в квадрат длину результата, чтобы получить вероятность отражения этого фотона от зеркала требуемым образом. Время, затрачиваемое на эти пути, определяет угол стрелки амплитуды вероятности, поскольку можно сказать, что они «вращаются» с постоянной скоростью (которая связана с частотой фотона). Время прохождения путей вблизи классической точки отражения зеркала почти одинаково, поэтому амплитуды вероятности указывают почти в одном направлении — таким образом, они имеют значительную сумму. Изучение путей к краям зеркала показывает, что время близлежащих путей значительно различается, и, следовательно, мы суммируем векторы, которые быстро взаимно уничтожаются. Таким образом, вероятность следования света по пути, близкому к классическому отражению, выше, чем по пути, расположенному дальше. Однако из этого зеркала можно сделать дифракционную решетку, удаляя области у края зеркала, которые обычно взаимно уничтожают близлежащие амплитуды, но теперь, поскольку фотоны не отражаются от удаленных участков, амплитуды вероятности, которые все указывают, например, под углом в сорок пять градусов, могут иметь значительную сумму. Таким образом, это позволяет свету с правильной частотой суммироваться до большей амплитуды вероятности и, следовательно, иметь большую вероятность достижения соответствующей конечной точки. Это конкретное описание включает в себя множество упрощений: точечный источник, «поверхность», от которой может отражаться свет (и, следовательно, пренебрежение взаимодействием с электронами) и так далее. Возможно, самое большое упрощение заключается в том, что «вращение» стрелок амплитуды вероятности на самом деле точнее описывается как «вращение» источника, поскольку амплитуды вероятности фотонов не «вращаются» во время их движения. Мы получаем то же изменение амплитуд вероятности, позволяя времени выхода фотона из источника быть неопределенным — и время пути теперь сообщает нам, когда фотон покинул источник и, следовательно, каков угол его «стрелки». Однако эта модель и приближение разумны для концептуальной иллюстрации дифракционной решетки. Свет другой частоты также может отражаться от той же дифракционной решетки, но в другую конечную точку.

Quantum electrodynamics (QED) offers another derivation of the properties of a diffraction grating in terms of photons as particles (at some level). QED can be described intuitively with the path integral formulation of quantum mechanics. As such it can model photons as potentially following all paths from a source to a final point, each path with a certain probability amplitude. These probability amplitudes can be represented as a complex number or equivalent vector—or, as Richard Feynman simply calls them in his book on QED, "arrows". For the probability that a certain event will happen, one sums the probability amplitudes for all of the possible ways in which the event can occur, and then takes the square of the length of the result. The probability amplitude for a photon from a monochromatic source to arrive at a certain final point at a given time, in this case, can be modeled as an arrow that spins rapidly until it is evaluated when the photon reaches its final point. For example, for the probability that a photon will reflect off of a mirror and be observed at a given point a given amount of time later, one sets the photon's probability amplitude spinning as it leaves the source, follows it to the mirror, and then to its final point, even for paths that do not involve bouncing off of the mirror at equal angles. One can then evaluate the probability amplitude at the photon's final point; next, one can integrate over all of these arrows (see vector sum), and square the length of the result to obtain the probability that this photon will reflect off of the mirror in the pertinent fashion. The times these paths take are what determines the angle of the probability amplitude arrow, as they can be said to "spin" at a constant rate (which is related to the frequency of the photon). The times of the paths near the classical reflection site of the mirror are nearly the same, so the probability amplitudes point in nearly the same direction—thus, they have a sizable sum. Examining the paths towards the edges of the mirror reveals that the times of nearby paths are quite different from each other, and thus we wind up summing vectors that cancel out quickly. So, there is a higher probability that light will follow a near classical reflection path than a path further out. However, a diffraction grating can be made out of this mirror, by scraping away areas near the edge of the mirror that usually cancel nearby amplitudes out—but now, since the photons don't reflect from the scraped off portions, the probability amplitudes that would all point, for instance, at forty five degrees, can have a sizable sum. Thus, this lets light of the right frequency sum to a larger probability amplitude, and as such possess a larger probability of reaching the appropriate final point. This particular description involves many simplifications: a point source, a "surface" that light can reflect off of (thus neglecting the interactions with electrons) and so forth. The biggest simplification is perhaps in the fact that the "spinning" of the probability amplitude arrows is actually more accurately explained as a "spinning" of the source, as the probability amplitudes of photons do not "spin" while they are in transit. We obtain the same variation in probability amplitudes by letting the time at which the photon left the source be indeterminate—and the time of the path now tells us when the photon would have left the source, and thus what the angle of its "arrow" would be. However, this model and approximation is a reasonable one to illustrate a diffraction grating conceptually. Light of a different frequency may also reflect off of the same diffraction grating, but with a different final point.

Решетки как дисперсивные элементы

Зависимость длины волны в уравнении дифракционной решетки показывает, что решетка разделяет падающий полихроматический луч на составляющие его компоненты длины волны под разными углами, то есть обладает угловой дисперсией. Каждая длина волны спектра входящего пучка направляется в разное направление, создавая радугу цветов при освещении белым светом. Это визуально похоже на работу призмы, хотя механизм существенно отличается. Призма преломляет волны разных длин волн под разными углами из-за их различных показателей преломления, в то время как дифракционная решетка дифрагирует различные длины волн под разными углами из-за интерференции на каждой длине волны. Дифрагированные лучи, соответствующие последовательным порядкам, могут перекрываться в зависимости от спектрального состава падающего пучка и плотности решетки. Чем выше порядок спектра, тем сильнее перекрытие в следующий порядок. Уравнение дифракционной решетки показывает, что углы дифракционных порядков зависят только от периода штрихов, а не от их формы. Контролируя поперечное сечение штрихов, можно сконцентрировать большую часть дифрагированной оптической энергии в определенном порядке для заданной длины волны. Обычно используется треугольный профиль. Этот метод называется блейзингом. Угол падения и длина волны, для которых дифракция наиболее эффективна (отношение дифрагированной оптической энергии к падающей энергии максимально), часто называют блейзинговым углом и блейзинговой длиной волны. Эффективность дифракционной решетки также может зависеть от поляризации падающего света. Решетки обычно характеризуются плотностью штрихов – числом штрихов на единицу длины, обычно выражаемым в штрихах на миллиметр (ш/мм), что равно величине, обратной периоду штрихов. Период штрихов должен быть сопоставим с длиной волны, представляющую интерес; спектральный диапазон, охватываемый дифракционной решеткой, зависит от расстояния между штрихами и одинаков для эшелонных и голографических решеток с одинаковой постоянной решетки (то есть плотностью штрихов или периодом штрихов). Максимальная длина волны, которую может дифрактировать решетка, равна удвоенному периоду решетки, в этом случае падающий и дифрагированный свет находятся под углом девяносто градусов (90°) к нормали к решетке. Для получения частотной дисперсии в более широком диапазоне необходимо использовать призму. Оптический диапазон, в котором наиболее часто используются дифракционные решетки, соответствует длинам волн от 100 нм до 10 мкм. В этом случае плотность штрихов может варьироваться от нескольких десятков штрихов на миллиметр, как в эшелонных решетках, до нескольких тысяч штрихов на миллиметр. Когда расстояние между штрихами меньше половины длины волны света, присутствует только порядок m = 0. Решетки с такой малой периодичностью (по отношению к длине волны падающего света) называются субволновыми решетками и обладают особыми оптическими свойствами. Изготовленные на изотропном материале, субволновые решетки приводят к возникновению формы двойного лучепреломления, при котором материал ведет себя так, как будто он является двулучепреломляющим.

The wavelength dependence in the grating equation shows that the grating separates an incident polychromatic beam into its constituent wavelength components at different angles, i. e., it is angular dispersive. Each wavelength of input beam spectrum is sent into a different direction, producing a rainbow of colors under white light illumination. This is visually similar to the operation of a prism, although the mechanism is very different. A prism refracts waves of different wavelengths at different angles due to their different refractive indices, while a grating diffracts different wavelengths at different angles due to interference at each wavelength. The diffracted beams corresponding to consecutive orders may overlap, depending on the spectral content of the incident beam and the grating density. The higher the spectral order, the greater the overlap into the next order. The grating equation shows that the angles of the diffracted orders only depend on the grooves' period, and not on their shape. By controlling the cross sectional profile of the grooves, it is possible to concentrate most of the diffracted optical energy in a particular order for a given wavelength. A triangular profile is commonly used. This technique is called blazing. The incident angle and wavelength for which the diffraction is most efficient (the ratio of the diffracted optical energy to the incident energy is the highest) are often called blazing angle and blazing wavelength. The efficiency of a grating may also depend on the polarization of the incident light. Gratings are usually designated by their groove density, the number of grooves per unit length, usually expressed in grooves per millimeter (g/mm), also equal to the inverse of the groove period. The groove period must be on the order of the wavelength of interest; the spectral range covered by a grating is dependent on groove spacing and is the same for ruled and holographic gratings with the same grating constant (meaning groove density or the groove period). The maximum wavelength that a grating can diffract is equal to twice the grating period, in which case the incident and diffracted light are at ninety degrees (90°) to the grating normal. To obtain frequency dispersion over a wider frequency one must use a prism. The optical regime, in which the use of gratings is most common, corresponds to wavelengths between 100 nm and 10 µm. In that case, the groove density can vary from a few tens of grooves per millimeter, as in echelle gratings, to a few thousands of grooves per millimeter. When groove spacing is less than half the wavelength of light, the only present order is the m = 0 order. Gratings with such small periodicity (with respect to the incident light wavelength) are called subwavelength gratings and exhibit special optical properties. Made on an isotropic material the subwavelength gratings give rise to form birefringence, in which the material behaves as if it were birefringent.

решетки SR (Surface Relief)

Дифракционные решетки получили свое название благодаря своей поверхностной структуре, состоящей из углублений (низкий рельеф) и возвышений (высокий рельеф). Изначально решетки с высоким разрешением изготавливались на высококачественных режущих станках, создание которых было сложной задачей. Генри Джозеф Грейсон сконструировал машину для изготовления дифракционных решеток и в 1899 году добился успеха с решеткой, содержащей 120 000 линий на дюйм (приблизительно 4724 линии на мм). Позднее, с помощью фотолитографических методов стали создавать решетки, используя голографические интерференционные узоры. Голографическая решетка имеет синусоидальные канавки, образованные в результате оптического синусоидального интерференционного узора на материале решетки в процессе ее изготовления. Она может быть менее эффективной, чем решетки, изготовленные механическим способом, но часто предпочтительнее в монохроматорах, поскольку производит меньше паразитного света. Метод копирования позволяет создавать высококачественные реплики с оригинальных решеток любого типа, что снижает затраты на производство. Сегодня полупроводниковые технологии также используются для травления голографических узоров на прочные материалы, такие как кварцевое стекло. Таким образом, голография с низким уровнем паразитного света сочетается с высокой эффективностью глубоких, травленых решеток для пропускания света, и может быть интегрирована в высокопроизводственные и недорогие полупроводниковые технологии.

Решетки VPH (Volume Phase Holography)

Другой метод изготовления дифракционных решеток использует фоточувствительный гель, расположенный между двумя подложками. Голографическая интерференционная картина экспонирует гель, который затем проявляется. Эти решетки, называемые дифракционными решетками объемной фазовой голографии (или VPH-дифракционными решетками), не имеют физических желобков, а вместо этого характеризуются периодической модуляцией показателя преломления внутри геля. Это снижает значительную часть поверхностного рассеяния, обычно наблюдаемого в других типах решеток. Эти решетки также, как правило, обладают более высокой эффективностью и позволяют включать сложные структуры в одну решетку. VPH-дифракционная решетка обычно является проходящей, через которую свет проходит и дифрагирует, но VPH-отражающую решетку можно изготовить, наклонив направление модуляции показателя преломления относительно поверхности решетки. В ранних версиях таких решеток чувствительность к внешним условиям была компромиссом, поскольку гель требовалось поддерживать при низкой температуре и влажности. Обычно фоточувствительные вещества герметизируются между двумя подложками, обеспечивающими их устойчивость к влаге, термическим и механическим напряжениям. VPH-дифракционные решетки не повреждаются случайными прикосновениями и более устойчивы к царапинам, чем обычные рельефные решетки.

Решетки с пламенем

Решетка с прожиговым профилем изготавливается с канавками, имеющими поперечное сечение в форме пилы, в отличие от симметричных канавок других решеток. Это позволяет решетке достигать максимальной эффективности дифракции, но только в одном порядке дифракции, который зависит от угла наклона канавок пилы, известного как угол прожига. Типичные области применения включают в себя выбор определенной длины волны для перестраиваемых лазеров и другие подобные задачи.

Другие решетки

Новая технология ввода решеток в интегрированные фотонные световодные схемы – цифровая планарная голография (DPH). Решетки DPH генерируются на компьютере и создаются на одном или нескольких интерфейсах оптического волновода с использованием стандартных методов микролитографии или наноимпринтинга, совместимых с массовым производством. Свет распространяется внутри решеток DPH, ограничиваясь градиентом показателя преломления, что обеспечивает более длинный путь взаимодействия и большую гибкость в управлении световым пучком.

Примеры

Дифракционные решетки часто используются в монохроматорах, спектрометрах, лазерах, устройствах мультиплексирования по длине волны, устройствах сжатия оптических импульсов, интерферометрах и многих других оптических приборах. Обычные прессованные CD и DVD диски являются повседневными примерами дифракционных решеток и могут быть использованы для демонстрации этого эффекта, отражая солнечный свет от них на белую стену. Это является побочным эффектом их производства, поскольку на одной поверхности CD имеется множество мелких углублений в пластике, расположенных по спирали; на эту поверхность нанесен тонкий слой металла, чтобы углубления были более заметными. Структура DVD оптически аналогична, хотя она может иметь более одной поверхности с углублениями, и все эти поверхности находятся внутри диска. Благодаря чувствительности к показателю преломления среды, дифракционную решетку можно использовать в качестве датчика свойств жидкости. При просмотре стандартной прессованной виниловой пластинки под небольшим углом, перпендикулярным канавкам, наблюдается схожий, но менее выраженный эффект, чем на CD/DVD. Это связано с углом обзора (который меньше критического угла отражения черного винила) и изменением пути отраженного света из-за канавок, создающим радужный рельефный узор. Дифракционные решетки также используются для равномерного распределения фронтальной подсветки в электронных книгах, таких как Nook Simple Touch с GlowLight.

Решетки из электронных компонентов

Некоторые повседневные электронные компоненты содержат тонкие и регулярные узоры, и поэтому легко могут использоваться в качестве дифракционных решеток. Например, можно извлечь CCD-сенсоры из выброшенных мобильных телефонов и камер. С помощью лазерной указки дифракция позволяет увидеть пространственную структуру CCD-сенсоров. То же самое можно сделать и с ЖК- или светодиодными дисплеями смартфонов. Поскольку такие дисплеи обычно защищены только прозрачным корпусом, эксперименты можно проводить, не повреждая телефоны. Если точные измерения не требуются, дифракционную картину можно увидеть даже с помощью точечного источника света.

Природные решетки

Стриативная мышца является наиболее распространенной естественной дифракционной решеткой, и это помогло физиологам определить структуру такой мышцы. Помимо этого, химическую структуру кристаллов можно рассматривать как дифракционную решетку для типов электромагнитного излучения, отличных от видимого света, что лежит в основе таких методов, как рентгеновская кристаллография. Наиболее часто с дифракционными решетками путают переливающиеся цвета перьев павлина, перламутра и крыльев бабочек. Иридесценция у птиц, рыб и насекомых часто вызывается интерференцией в тонких пленках, а не дифракционной решеткой. Дифракция создает весь спектр цветов при изменении угла обзора, в то время как интерференция в тонких пленках обычно производит гораздо более узкий диапазон. Поверхности цветов также могут создавать дифракцию, но клеточные структуры растений обычно слишком нерегулярны для формирования тонкой щелевой геометрии, необходимой для дифракционной решетки. Таким образом, сигнал иридесценции цветов заметен лишь локально и, следовательно, не виден человеку и насекомым, посещающим цветы. Однако естественные решетки встречаются у некоторых беспозвоночных животных, таких как пауки-богомолы, антенны семенных рачков, и даже были обнаружены в ископаемых отложениях формации Берджесс. Эффекты дифракционной решетки иногда наблюдаются в метеорологии. Дифракционные короны – это красочные кольца, окружающие источник света, например, Солнце. Обычно они наблюдаются гораздо ближе к источнику света, чем гало, и вызываются очень мелкими частицами, такими как капли воды, кристаллы льда или частицы дыма в туманном небе. Когда все частицы примерно одинакового размера, они дифрактируют входящий свет под очень специфическими углами. Точный угол зависит от размера частиц. Дифракционные короны часто наблюдаются вокруг источников света, таких как пламя свечи или уличные фонари, в тумане. Иридесценция облаков вызывается дифракцией, возникающей вдоль корональных колец, когда частицы в облаках имеют одинаковый размер.

Striated muscle is the most commonly found natural diffraction grating and, this has helped physiologists in determining the structure of such muscle. Aside from this, the chemical structure of crystals can be thought of as diffraction gratings for types of electromagnetic radiation other than visible light, this is the basis for techniques such as X ray crystallography. Most commonly confused with diffraction gratings are the iridescent colors of peacock feathers, mother of pearl, and butterfly wings. Iridescence in birds, fish and insects is often caused by thin film interference rather than a diffraction grating. Diffraction produces the entire spectrum of colors as the viewing angle changes, whereas thin film interference usually produces a much narrower range. The surfaces of flowers can also create a diffraction, but the cell structures in plants are usually too irregular to produce the fine slit geometry necessary for a diffraction grating. The iridescence signal of flowers is thus only appreciable very locally and hence not visible to man and flower visiting insects. However, natural gratings do occur in some invertebrate animals, like the peacock spiders, the antennae of seed shrimp, and have even been discovered in Burgess Shale fossils. Diffraction grating effects are sometimes seen in meteorology. Diffraction coronas are colorful rings surrounding a source of light, such as the sun. These are usually observed much closer to the light source than halos, and are caused by very fine particles, like water droplets, ice crystals, or smoke particles in a hazy sky. When the particles are all nearly the same size they diffract the incoming light at very specific angles. The exact angle depends on the size of the particles. Diffraction coronas are commonly observed around light sources, like candle flames or street lights, in the fog. Cloud iridescence is caused by diffraction, occurring along coronal rings when the particles in the clouds are all uniform in size.