衍射光栅介绍

2017-03-25      浏览次数:51 加入收藏   | 

能等宽等间隔地分割入射波前的、具有空间周期性结构的光学元件。常作为色散元件来分离不同波长的谱线。光栅分透射光栅和反射光栅
 能等宽等间隔地分割入射波前的、具有空间周期性结构的光学元件。常作为色散元件来分离不同波长的谱线。光栅分透射光栅和反射光栅两类。透射光栅按透射率函数的不同可分为普通的矩形透射率光栅和正弦光栅两种。闪耀光栅是反射光栅的一种,有较高的能量利用率,凹面反射光栅能自动聚焦成像。根据制作方法的不同,可分划线光栅、复制光栅和全息光栅3种。

      所有光栅的基本原理均相同。以平面透射光栅为例,在平板玻璃上用金刚石刻刀刻划等宽等间距的平行刻线,未刻部分能透光,刻划部分因漫反射而不透光,这等效于大量等宽等间距的平行狭缝。设缝宽为a,不透光部分宽度为b,则相邻两缝的间距d=a+b称光栅常数。是光栅的重要参量。光栅的实验装置如图1 ,单色缝光源与光栅的狭缝平行,放置在透镜L1的物方焦面内,从L1射出的平行光垂直入射到光栅上,光栅的每条狭缝都将产生单缝衍射,衍射角为θ的所有衍射光被透镜L2会聚于幕上的P处 ,相干叠加的结果决定了P处的总光强 。幕上干涉主极大的位置由下述光栅方程给定:   dsinθ=kλ   (k=0?±1,±2,……)   整数k称干涉级,λ为波长。不同波长的主极大位置不同,故光源为复色光时,不同波长成分的主极大彼此分离而成光谱,称光栅光谱。各级主极大的强度要受到单缝衍射的限制,级次愈高强度愈弱,但不同谱线分得愈开,如图2所示。图中虚线表示单缝衍射的分布曲线。注意到所有波长的零级干涉主极大均重合在一起,并落在单缝衍射的中央极大处,无色散的零级主极大占了大部分能量,能量利用率较低。反射式闪耀光栅可把衍射中央极大闪耀到某一级光谱处,大大提高了能量利用率。   

图1   

图2   波长差相差一个单位的两谱线分开的角间距称为光栅的角色散率,用来描述光栅分开谱线的能力,它由下式给出: 

  描述光栅分辨谱线能力的物理量称色分辨本领,其定义为R=λ/Δλmin ,Δλmin是刚能分辨的最小波长差,由瑞利判据(见夫琅和费衍射)确定。光栅的色分辨本领为R=kN,N为光栅的总缝数。
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