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一文了解衍射光柵和衍射的用途
來源：網(wǎng)絡(luò) 閱讀：263 發(fā)布時間：2025-07-01 16:47:26
一文了解衍射光柵和衍射的用途

衍射光柵是一種光學元件，它將多色光分離（色散）成其組成波長（顏色）。入射到光柵上的多色光發(fā)生色散，使得每個波長以略微不同的角度從光柵反射。色散源于光柵周期性結(jié)構(gòu)對入射輻射的波前分割和干涉。

然后，色散后的光線被光譜儀重新成像，并將所需的波長范圍引導至檢測系統(tǒng)。光柵由等距平行的凹槽組成，這些凹槽形成在反射涂層上并沉積在基板上。凹槽的形狀（閃耀角）會影響光柵的最佳波長范圍。

光柵的色散和效率取決于相鄰凹槽之間的距離和凹槽角度。光柵通常比棱鏡更好——它們效率更高，能夠提供波長的線性色散，并且不會像棱鏡那樣受到吸收效應的影響，而吸收效應會限制其可用的波長范圍。

光柵方程

光柵的色散由光柵方程控制，通常寫為：n⋅λ = d⋅(sinθi + sinθd)

其中：n 為衍射級數(shù)，λ 為衍射波長，d 為光柵常數(shù)（相鄰刻線之間的距離），θi 為從法線測量的入射角，θd 為從法線測量的衍射角。上圖顯示了衍射波長的級數(shù)。除了正級數(shù)外，光還可以沿反方向衍射（例如 n = -1、-2 等）。也可能出現(xiàn)更高級數(shù)的衍射，但這些級數(shù)的強度會降低。通常，一級線（n=1 或 n=-1）的強度最高。

為切爾尼-特納光譜儀選擇光柵

根據(jù)特定應用選擇光柵時，需要考慮的關(guān)鍵參數(shù)包括：

  • 所需的光譜分辨率（以便有效識別化學特征或監(jiān)測細微的光譜特征行為變化）、
  • 目標波長范圍、同步帶通（單次探測器采集過程中投射到光譜儀焦平面的波長范圍）、
  • 入射信號偏振態(tài)
  • 以及光譜儀的F/#。

這些因素會影響光柵線密度、閃耀角/波長、母版（給定線密度和閃耀角的不同母版會產(chǎn)生不同的效率和偏振特性）以及光柵尺寸的選擇。

預期的光譜分辨率和同步帶通率還會受到光耦合到光譜儀的方式、目標中心波長和相關(guān)的光柵“工作角”，以及輸出平面的探測器像素陣列格式的影響。