衍射光栅的应用介绍

光栅用于各种不同的应用，但常见的系统包括：

单色仪

单色仪使用凹面或平面光栅以及凹面镜从入射光中选择窄波段。如果白色光源入射到其中一个设备上，它们可以过滤掉除预期窄输出波段外的所有波长。图1展示了单色仪如何旋转光栅，从而允许不同波长通过出射狭缝，而所有其他波长都被阻挡。

图1：平面光栅单色仪(顶部)和凹面光栅单色器(底部)都旋转光栅，扫描出射狭缝上的衍射级，并精确确定哪些波长可以离开设备

光谱仪光谱仪像单色仪一样分割宽带光源的波长，但它们没有移动部件。相反，所有分离的波长都在探测器阵列上同时成像(图2)。每个波长被成像到不同的像素集，从而允许设备确定宽带源中存在的每个波长的量。当需要快速分析光谱时，通常使用光谱仪，因为无需在检测器上扫描不同波长，从而节省了时间。

图2：平面光栅光谱仪(顶部)和凹光栅光谱仪(底部)都使用固定光栅将入射波长分离到探测器阵列上的不同像素中

激光调谐

有几种不同的方式可以使用衍射光栅来调谐激光器的光谱输出或缩小输出波段。光栅可以旋转，使激光输出仅为特定的衍射级，光栅可以在反射镜旋转以过滤输出波段时保持静止，光栅可以取代激光器中的反射镜，使输出波段变窄(图3)。

图3：这三种设置显示了光栅用于调谐激光器输出波长或缩小输出波长范围的不同方式

激光脉冲压缩、拉伸和放大

脉冲持续时间短的激光脉冲，如超快激光脉冲，通常具有高峰值功率，会损坏敏感的光学涂层和组件。为了避免这种情况，有时使用一对衍射光栅来拉伸脉冲，增加其脉冲持续时间并降低其峰值功率。然后，这个拉伸的脉冲可以通过光学放大器，并在不损坏任何光学组件的情况下增加其功率。反向配置中的另一个光栅对可以在放大器之后压缩脉冲持续时间，从而在目标处产生短的高功率脉冲(图4)。

图4：光栅可用于脉冲激光系统，既可增加脉冲持续时间以防止系统中激光引起的损伤，也可减少脉冲持续时间，以在目标处产生高功率脉冲

审核编辑 黄宇