選擇光柵時(shí)，重要的是指定波長(zhǎng)范圍、閃耀波長(zhǎng)(即衍射光譜中效率高的波長(zhǎng))和閃耀角。閃耀角描述了閃耀波長(zhǎng)的一階衍射角。在這個(gè)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來(lái)。這種情況也被稱為L(zhǎng)ittrow構(gòu)型。在系統(tǒng)中接近這個(gè)角度會(huì)產(chǎn)生大的效率。

凹槽密度或頻率通常是指定的，這是凹槽間距(d)的倒數(shù)。光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵特性是其色散水平，但這取決于光柵的特性和使用方式。在不知道其他系統(tǒng)細(xì)節(jié)的情況下，不能給光柵本身一個(gè)詳細(xì)說(shuō)明，說(shuō)明一定的旋轉(zhuǎn)量如何與一定的波長(zhǎng)分離相對(duì)應(yīng)。還可以指定光柵的分辨能力，這與系統(tǒng)的光譜分辨有關(guān)。然而，這種分辨率取決于光柵和系統(tǒng)的入口和出口狹縫。光柵的分辨率(R)取決于光譜階數(shù)(m)和照明下凹槽的數(shù)量(N)：

光照下通常有很多凹槽，以至于入口和出口狹縫是系統(tǒng)分辨率的限制因素，而不是光柵。效率曲線也可用于驗(yàn)證將在應(yīng)用中使用的所有波長(zhǎng)上的衍射水平。

光柵應(yīng)至少與入射光錐或光束一樣大，否則來(lái)自邊緣的光將丟失。因此，光柵應(yīng)始終填充不足，以防止雜散光在系統(tǒng)周圍反彈并產(chǎn)生虛假信號(hào)。

光柵類型

反射光柵與透射光柵

最廣泛的兩類衍射光柵是反射光柵和透射光柵。圖1和圖2顯示了反射光柵，其本質(zhì)上是具有微觀凹槽的反射鏡。所有衍射級(jí)都以不同的角度反射出光柵。透射光柵類似于具有微小凹槽的透鏡，并且所有衍射級(jí)都透射通過(guò)光柵，但以方程1所示的角度偏移。

刻線光柵與全息光柵

反射光柵和透射光柵都可以進(jìn)一步分為刻線光柵或全息光柵，它們?cè)趧?chuàng)建凹槽輪廓的方式上有所不同。刻線光柵中的凹槽通過(guò)機(jī)械方式刻入或切割到零件中，而全息光柵中的溝槽則通過(guò)光學(xué)方式引入。在全息光柵中，一種稱為光致抗蝕劑的光敏材料沉積在基底上，并暴露在與光致抗抗蝕劑相互作用的光學(xué)干涉圖案中。然后使用化學(xué)物質(zhì)去除殘留的光致抗蝕劑，留下光柵圖案。刻線光柵通常具有三角形凹槽，如圖1所示，而全息光柵通常具有正弦凹槽(圖3和圖4)。

圖3：刻線衍射光柵通常具有三角形凹槽。

圖4：全息衍射光柵通常具有正弦凹槽

中階梯光柵

中階梯光柵的特征是比其他光柵具有更高的凹槽間距或更低的凹槽密度，通常約為10倍，但有時(shí)高達(dá)100倍。以高入射角(α)照射中階梯光柵將產(chǎn)生高色散、高分辨率和低偏振依賴性的效率。這些光柵非常適合需要高分辨率的情況，例如靈敏的天文儀器和追求原子分辨率的系統(tǒng)。

平面光柵與凹面光柵

所有上述光柵類型都可以再次分解為平面光柵和凹面光柵，這描述了它們的整體形狀。平面光柵是平坦的，而且更加常見(jiàn)。如果它們的凹槽是直的并且等距，光柵是平的，并且入射光是準(zhǔn)直的，那么所有衍射光都將被準(zhǔn)直。這在許多應(yīng)用中是有益的，因?yàn)橄到y(tǒng)的聚焦特性與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)。與凹面光柵相比，平面光柵通常還降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。凹面光柵是彎曲的，因此要么會(huì)聚光，要么發(fā)散光。這對(duì)于減少系統(tǒng)中所需的光學(xué)組件的總數(shù)是有用的，但系統(tǒng)的聚焦特性將取決于波長(zhǎng)。

審核編輯 黃宇