衍射光柵是光柵的一種。它通過有規(guī)律的�(jié)�(gòu),使入射光的振幅或相�(或兩者同�(shí))受到周期性空間調(diào)制。衍射光柵在光學(xué)上的最重要�(yīng)用是作為分光��,常被用�單色儀和光譜儀��
衍射光柵,通常�(jiǎn)稱為“光柵�,一種由密集﹑等間距平行刻線�(gòu)成的非常重要的光�(xué)器件。它利用多縫衍射和干涉作用﹐將射到光柵上的光束按波長(zhǎng)的不同�(jìn)行色散﹐再經(jīng)成像鏡聚焦而形成光譜。天文儀器中�(yīng)用較多的是反射光柵﹐它的基底是低膨脹系數(shù)的玻璃或熔石英﹐上面鍍鋁﹐然后把平行線刻在鋁膜上�
衍射光柵的精度要求極高﹐很難制造﹐但其性能�(wěn)定﹐分辨率高﹐角色散高而且隨波�(zhǎng)的變化小﹐所以在各種光譜儀器中得到廣泛�(yīng)用。天文光�(xué)儀器應(yīng)用的光柵主要有﹕平面反射光柵﹕刻線密度一般每毫米300�1�500線﹐常用的是每毫�600線﹐光譜�(jí)m �5。折軸恒星攝譜儀要求盡可能高的聚光能力﹐光柵面積愈大愈好﹐在低光譜級(jí)次工�。而太�(yáng)攝譜儀要求高色散和高分辨率﹐使用較高的光譜�(jí)�。目前使用有效的光柵刻線面的寬度�200�300毫米﹐大可達(dá)600毫米。中階梯光柵﹕是刻線密度較低的平面反射光柵﹐常用的刻線密度是每毫�79線﹐具有較好的定向性能﹐閃耀角通常取為63°26′﹐工作于高光譜�(jí)�(m �40)。利用色散方向與它垂直的平面光柵分開重疊�(jí)次﹐可以得到二維�(jié)�(gòu)的光譜圖﹐應(yīng)用到像管攝譜儀十分有利。由于中階梯光柵的角色散是平面光柵的二倍或更多﹐因此使用它的攝譜儀�(jié)�(gòu)緊湊。透射光柵﹕用作物端光�。如將透射光柵刻制在棱鏡斜面上﹐即成非物端光柵﹐多用于大望�(yuǎn)��
﹐光柵色散可用方程m =C (sini +sin )描述﹐式中i 為入射角
﹐取正值﹐ 為衍射角。當(dāng)衍射光與入射光在光柵法線同一�(cè)i�
相關(guān)公式:d·sinθ= n·λ
其中d為為兩狹縫之間的間距,θ為衍射角�,n為光柵級(jí)�(shù),λ為波長(zhǎng)�
通常所講的衍射光柵是基于夫瑯禾�(fèi)多縫衍射效應(yīng)工作�。描述光柵結(jié)�(gòu)與光的入射角和衍射角之間�(guān)系的公式叫“光柵方程��
波在傳播�(shí),波陣面上的每�(gè)�(diǎn)都可以被�(rèn)為是一�(gè)單獨(dú)的次波源;這些次波源再�(fā)出球面次�,則以后某一�(shí)刻的波陣�,就是該�(shí)刻這些球面次波的包跡面(惠更斯原理)�
一�(gè)理想的衍射光柵可以認(rèn)為由一組等間距的無(wú)限長(zhǎng)�(wú)限窄狹縫組成,狹縫之間的間距為d,稱為光柵常�(shù)。當(dāng)波長(zhǎng)為λ的平面波垂直入射于光柵�(shí),每條狹縫上的點(diǎn)都扮演了次波源的角色;從這些次波源發(fā)出的光線沿所有方向傳播(即球面波�。由于狹縫為�(wú)限長(zhǎng),可以只考慮與狹縫垂直的平面上的情況,即把狹縫簡(jiǎn)化為該平面上的一排點(diǎn)。則在該平面上沿某一特定方向的光�(chǎng)是由從每條狹縫出射的光相干疊加而成�。在�(fā)生干涉時(shí),由于從每條狹縫出射的光的在干涉�(diǎn)的相位都不同,它們之間會(huì)部分或全部抵�。然�,當(dāng)從相鄰兩條狹縫出射的光線到達(dá)干涉�(diǎn)的光程差是光的波�(zhǎng)的整�(shù)倍時(shí),兩束光線相位相�,就�(huì)�(fā)生干涉加�(qiáng)�(xiàn)�。以公式來描�,當(dāng)衍射角θm滿足�(guān)系dsinθm/λ=|m|�(shí)�(fā)生干涉加�(qiáng)�(xiàn)�,這里d為狹縫間距,即光柵常�(shù),m是一�(gè)整數(shù),取值為0,�1,�2,…�。這種干涉加強(qiáng)�(diǎn)稱為衍射極大。因�,衍射光將在衍射角為θm�(shí)取得極大,即�
上式即為光柵方程。當(dāng)平面波以入射角θi入射�(shí),光柵方程寫�
d(sinθm+sinθi)=mλ(m=1,2,3,4.....)正﹐反之為�(fù)﹔C 為光柵常�(shù)
﹐為一�(gè)整數(shù)。當(dāng)入射角i 給定�(shí)﹐對(duì)于滿足光柵方程的每�(gè)m 值﹐都有相應(yīng)的級(jí)光譜﹐每�(gè)波長(zhǎng)的光能量分散在諸光譜�(jí)�?,F(xiàn)代刻制光柵的技�(shù)
﹐能使所有衍射光柵具有嚴(yán)格規(guī)定的形狀和尺�。選擇適�(dāng)入射角﹐可使所需的波�(zhǎng)及其鄰近波段的絕大部�(�(dá)70%)的光能量集中到預(yù)定的光譜�(jí)�。這種集中光能量的性質(zhì)稱為“閃耀�。起衍射作用的刻線槽面與光柵面的夾角β﹐稱為閃耀�。具有這種性質(zhì)的光柵稱為閃耀光柵或定向光�。另一方面﹐滿�=……的不同光譜�(jí)次的譜線﹐在焦面上重疊。同所需譜線重疊的其他譜線﹐一般用有色玻璃隔去。光柵角色散﹐理論分辨本�(lǐng)R =λ /δλ =mN 。此處δ� 為可分辨的小光譜單元寬度﹐N 為刻線總�(shù)�