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  翟淑萍 2016-03-27 00:00:00

  基本定義 編輯 衍射光柵，通常簡稱為“光柵”，一種由密集﹑等間距平行刻線構成的非常重要的光學器件。它利用多縫衍射和干涉作用﹐將射到光柵上的光束按波長的不同進行色散﹐再經成像鏡聚焦而形成光譜。天文儀器中應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。 基本構造 編輯 圖為高倍率放大的光柵刻槽面形狀﹐光柵色散可用方程m =C (sini +sinϕ )描述﹐式中i 為入射角﹐ϕ取正值﹐ 為衍射角。當衍射光與入射光在光柵法線同一側i為正﹐反之為負﹔C 為光柵常數(shù)﹐為一個整數(shù)。當入射角i 給定時﹐對于滿足光柵方程的每個m 值﹐都有相應的級光譜﹐每個波長的光能量分散在諸光譜級中?，F(xiàn)代刻制光柵的技術﹐能使所有衍射光柵具有嚴格規(guī)定的形狀和尺寸。選擇適當入射角﹐可使所需的波長及其鄰近波段的絕大部分(達70%)的光能量集中到預定的光譜級中。這種集中光能量的性質稱為“閃耀”。起衍射作用的刻線槽面與光柵面的夾角β﹐稱為閃耀角。具有這種性質的光柵稱為閃耀光柵或定向光柵。另一方面﹐滿足=……的不同光譜級次的譜線﹐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﹐理論分辨本領R =λ /δλ =mN 。此處δλ 為可分辨的Z小光譜單元寬度﹐N 為刻線總數(shù)。 精度要求 編輯 衍射光柵的精度要求極高﹐很難制造﹐但其性能穩(wěn)定﹐分辨率高﹐ 以衍射光柵為原理的太陽攝譜儀 角色散高而且隨波長的變化小﹐所以在各種光譜儀器中得到廣泛應用。天文光學儀器應用的光柵主要有﹕平面反射光柵﹕刻線密度一般每毫米300～1﹐500線﹐Z常用的是每毫米600線﹐光譜級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﹐在低光譜級次工作。而太陽攝譜儀要求高色散和高分辨率﹐使用較高的光譜級次。目前使用有效的光柵刻線面的寬度在200～300毫米﹐Z大可達600毫米。中階梯光柵﹕是刻線密度較低的平面反射光柵﹐Z常用的刻線密度是每毫米79線﹐具有較好的定向性能﹐閃耀角通常取為63°26′﹐工作于高光譜級次(m ≒40)。利用色散方向與它垂直的平面光柵分開重疊級次﹐可以得到二維結構的光譜圖﹐應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結構緊湊。透射光柵﹕用作物端光柵。如將透射光柵刻制在棱鏡斜面上﹐即成非物端光柵﹐多用于大望遠鏡。 形成條件 編輯 相關公式：d·sinθ= n·λ 其中d為為兩狹縫之間的間距，θ為衍射角度，n為光柵級數(shù)，λ為波長。 通常所講的衍射光柵是基于夫瑯禾費多縫衍射效應工作的。描述光柵結構與光的入射角和衍射角之間關系的公式叫“光柵方程”。 波在傳播時，波陣面上的每個點都可以被認為是一個單獨的次波源；這些次波源再發(fā)出球面次波，則以后某一時刻的波陣面，就是該時刻這些球面次波的包跡面（惠更斯原理）。 衍射光柵分析儀 一個理想的衍射光柵可以認為由一組等間距的無限長無限窄狹縫組成，狹縫之間的間距為d，稱為光柵常數(shù)。當波長為λ的平面波垂直入射于光柵時，每條狹縫上的點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）。由于狹縫為無限長，可以只考慮與狹縫垂直的平面上的情況，即把狹縫簡化為該平面上的一排點。則在該平面上沿某一特定方向的光場是由從每條狹縫出射的光相干疊加而成的。在發(fā)生干涉時，由于從每條狹縫出射的光的在干涉點的相位都不同，它們之間會部分或全部抵消。然而，當從相鄰兩條狹縫出射的光線到達干涉點的光程差是光的波長的整數(shù)倍時，兩束光線相位相同，就會發(fā)生干涉加強現(xiàn)象。以公式來描述，當衍射角θm滿足關系dsinθm/λ=|m|時發(fā)生干涉加強現(xiàn)象，這里d為狹縫間距，即光柵常數(shù)，m是一個整數(shù)，取值為0，±1，±2，……。這種干涉加強點稱為衍射極大。因此，衍射光將在衍射角為θm時取得極大，即： 上式即為光柵方程。當平面波以入射角θi入射時，光柵方程寫為 d(sinθm+sinθi)=mλ（m=1，2，3，4.....）

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