| 光柵的原理和分類(lèi) | |||||
光柵是由一系列等距平行刻線組成的光學(xué)元件，它是利用光的衍射和干涉原理進(jìn)行分光的一種色散元件，被廣泛應(yīng)用到生化儀器、光譜儀器、分光光度計(jì)等相關(guān)產(chǎn)品上或相關(guān)領(lǐng)域中。 光柵的種類(lèi)很多，分類(lèi)的方式也不盡相同。 | |||||
平面刻線衍射光柵 |
透射光柵 | ||||
按照工作表面的形狀，可分為平面光柵和凹面光柵。凹面光柵兼具分光和聚焦功能，需沿著光譜面彎曲的方向拼接多個(gè)探測(cè)器才能完成全光譜的探測(cè)，且會(huì)伴隨著較大的像差，造成結(jié)果的測(cè)量誤差。因此，平面光柵更常用。 | |||||
按照工作方式不同，可分為透射光柵和反射光柵兩種。其中，透射光柵對(duì)光的利用率不高，光能損失較大。 | |||||
| 按照制作工藝不同，可分為全息光柵和刻劃光柵。 | |||||
| 刻劃光柵利用光柵刻劃?rùn)C(jī)，用鉆石刀頭對(duì)材料進(jìn)行加工，刻線密度調(diào)節(jié)靈活，但所能達(dá)到的刻線密度有限，還可能存在周期性的刻劃失誤，產(chǎn)生鬼線效應(yīng)，干擾光柵的分光。 | |||||
| 全息光柵是利用激光器產(chǎn)生兩束相干光，在涂有光敏材料涂層的基板上產(chǎn)生一系列均勻的干涉條紋，使光敏物質(zhì)被感光。然后用特種溶劑溶蝕掉被感光部分，即在蝕層上獲得干涉條紋的全息像。離子刻蝕技術(shù)還能夠利用離子束轟擊刻槽，加工刻槽的形狀使之成為閃耀光柵，增強(qiáng)衍射效率。 | |||||
| 光柵的分光性能及常用參數(shù) | |||||
| 光柵方程 | |||||
光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后成為平行光，以一定的角度照射在光柵上。不同波長(zhǎng)的光以不同的角度出射，決定各級(jí)主極大位置的方程式稱(chēng)為光柵方程。最基本的光柵方程為： d(sini ± sinθ)=mλ m=0,±1,±2，... | |||||
| 方程表示，根據(jù)mλ 值平行光束以入射角 i 斜入射到縫間距為d的光柵上，將光以離散的角度θ偏轉(zhuǎn)，其中m是主極大級(jí)次。入射角i 和θ 衍射角分別是入射光線和衍射光線與光柵法線之間的夾角，在考察與入射光同一側(cè)的衍射光譜時(shí)，上式取正號(hào)；在考察與入射光異側(cè)的衍射光譜時(shí)，上式取負(fù)號(hào)。可以看出，對(duì)于給定的級(jí)次m，不同波長(zhǎng)的光將以不同的角度從光柵出射。 | |||||
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| 圖2 透射光柵與反射光柵衍射原理 | |||||
| 色散 | |||||
光柵的色散用角色散和線色散表示。 相差單位波長(zhǎng)的兩條譜線通過(guò)光柵分開(kāi)的角度為角色散：
，我們光柵產(chǎn)品中也用倒角色散即角色散的倒數(shù)（單位nm/mrad）來(lái)表示色散能力。 光柵的線色散是聚焦物鏡焦面上相差單位波長(zhǎng)的兩條譜線分開(kāi)的距離。設(shè)物鏡的焦距是f，則線色散為：
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| 衍射效率 | |||||
光柵的衍射效率通常有兩種定義，即相對(duì)衍射效率與絕對(duì)衍射效率。 相對(duì)衍射效率，定義為在給定波長(zhǎng)和衍射級(jí)次下，探測(cè)器接收到的光柵的衍射光通量與一塊同孔徑的標(biāo)準(zhǔn)反射鏡的反射光通量之比； 絕對(duì)效率，是指給定光譜級(jí)次中單色衍射光通量與入射光通量之比； 光柵衍射效率曲線指的是光柵衍射效率對(duì)波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系。 | |||||
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| 圖3 典型的光柵衍射效率曲線圖 | |||||
| 閃耀角 | |||||
閃耀光柵，是一種特殊形式的反射式或透射式衍射光柵，它的刻槽面與光柵面不平行，兩者之間有一夾角γ，稱(chēng)為閃耀角。 | |||||
圖4 閃耀光柵衍射原理 | |||||
| 閃耀波長(zhǎng) | |||||
閃耀光柵能夠在特定衍射級(jí)次產(chǎn)生最大光柵效率，即大部分光功率將會(huì)在設(shè)計(jì)的衍射級(jí)次，通常為1級(jí)，同時(shí)盡量減少其它級(jí)次（尤其是零級(jí)）的功率。由于這種設(shè)計(jì)特性，閃耀光柵會(huì)在某一特定波長(zhǎng)下工作，這種波長(zhǎng)也稱(chēng)為閃耀波長(zhǎng)。 在Littrow結(jié)構(gòu)下，即入射光垂直于光柵刻槽面（光譜儀中稱(chēng)之為自準(zhǔn)直式入射），入射光的角度i和衍射光的角度θ 相同，i=θ=γ，這時(shí)，1級(jí)光譜閃耀的光柵其閃耀波長(zhǎng)λB為：λB=2dsinγ。 | |||||
| 光柵的應(yīng)用和選型 | |||||
聯(lián)合光科可提供各種光柵，包括透射光柵、平面刻線衍射光柵、平面全息光柵、透射光柵分光片等。 表1 聯(lián)合光科可提供光柵標(biāo)準(zhǔn)品及應(yīng)用領(lǐng)域
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| 以上給出了聯(lián)合光科可提供的光柵的規(guī)格、關(guān)鍵特征及應(yīng)用領(lǐng)域等，用戶可結(jié)合上表根據(jù)需求確定光柵類(lèi)別，然后綜合光柵的使用波段、刻線數(shù)、閃耀角、閃耀波長(zhǎng)、色散大小、衍射效率及外形尺寸等關(guān)鍵因素選擇滿足需求的光柵。 | |||||
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