选择光栅时应注意什么?

选择光栅时，重要的是指定波长范围、闪耀波长(即衍射光谱中效率高的波长)和闪耀角。闪耀角描述了闪耀波长的一阶衍射角。在这个角度上，α和β在方程1中相等，入射光以它入射的方向衍射回来。这种情况也被称为Littrow构型。在系统中接近这个角度会产生大的效率。

凹槽密度或频率通常是指定的，这是凹槽间距(d)的倒数。光学系统的一个关键特性是其色散水平，但这取决于光栅的特性和使用方式。在不知道其他系统细节的情况下，不能给光栅本身一个详细说明，说明一定的旋转量如何与一定的波长分离相对应。还可以指定光栅的分辨能力，这与系统的光谱分辨有关。然而，这种分辨率取决于光栅和系统的入口和出口狭缝。光栅的分辨率(R)取决于光谱阶数(m)和照明下凹槽的数量(N)：

光照下通常有很多凹槽，以至于入口和出口狭缝是系统分辨率的限制因素，而不是光栅。效率曲线也可用于验证将在应用中使用的所有波长上的衍射水平。

光栅应至少与入射光锥或光束一样大，否则来自边缘的光将丢失。因此，光栅应始终填充不足，以防止杂散光在系统周围反弹并产生虚假信号。

光栅类型

反射光栅与透射光栅

最广泛的两类衍射光栅是反射光栅和透射光栅。图1和图2显示了反射光栅，其本质上是具有微观凹槽的反射镜。所有衍射级都以不同的角度反射出光栅。透射光栅类似于具有微小凹槽的透镜，并且所有衍射级都透射通过光栅，但以方程1所示的角度偏移。

刻线光栅与全息光栅

反射光栅和透射光栅都可以进一步分为刻线光栅或全息光栅，它们在创建凹槽轮廓的方式上有所不同。刻线光栅中的凹槽通过机械方式刻入或切割到零件中，而全息光栅中的沟槽则通过光学方式引入。在全息光栅中，一种称为光致抗蚀剂的光敏材料沉积在基底上，并暴露在与光致抗抗蚀剂相互作用的光学干涉图案中。然后使用化学物质去除残留的光致抗蚀剂，留下光栅图案。刻线光栅通常具有三角形凹槽，如图1所示，而全息光栅通常具有正弦凹槽(图3和图4)。

图3：刻线衍射光栅通常具有三角形凹槽。

图4：全息衍射光栅通常具有正弦凹槽

中阶梯光栅

中阶梯光栅的特征是比其他光栅具有更高的凹槽间距或更低的凹槽密度，通常约为10倍，但有时高达100倍。以高入射角(α)照射中阶梯光栅将产生高色散、高分辨率和低偏振依赖性的效率。这些光栅非常适合需要高分辨率的情况，例如灵敏的天文仪器和追求原子分辨率的系统。

平面光栅与凹面光栅

所有上述光栅类型都可以再次分解为平面光栅和凹面光栅，这描述了它们的整体形状。平面光栅是平坦的，而且更加常见。如果它们的凹槽是直的并且等距，光栅是平的，并且入射光是准直的，那么所有衍射光都将被准直。这在许多应用中是有益的，因为系统的聚焦特性与波长无关。与凹面光栅相比，平面光栅通常还降低了系统复杂性。凹面光栅是弯曲的，因此要么会聚光，要么发散光。这对于减少系统中所需的光学组件的总数是有用的，但系统的聚焦特性将取决于波长。

审核编辑 黄宇