光栅测量技术.doc
光栅测距
什么是光栅？在玻璃尺（或金属尺）或玻璃盘上进行长刻线的密集刻画，得到间隔很小的黑白相间的条纹，没有刻画的地方透光（反光），刻画的发黑处不透光（或不反光），这就是光栅，其中刻线称为光栅。
常用的线纹有50条每毫米，100条，250条，条数越多，光栅分辨率越高。
W+aba=。
=，a是栅线宽度，b是缝隙宽度，b什么是光栅传感器？光栅传感器是由光源，透镜，光栅副（主光栅和指示光栅）和光电接受元件组成。
光源有：钨丝灯泡，半导体发光器件。
、光电元件：有光电池与光敏三极管等部分。
在采用固态光源时，需要选用敏感波长与光源相近的光敏元件，以获得高的转换效率。
在光敏元件的输出端，常接有放大器，通过放大器得到足够的信号输出以防干扰的影响。
光栅光路：有透射光路和反射光路。
什么是莫尔条纹？在测量时，长短两光栅尺面相互平行的重叠在一起，并保持0.01至0.1mm的间隙，指示光栅相对标尺光栅在自身平面内旋转一个微小的角度θ。
当光线平行照射光栅的时候，由于光的透射和衍射效应，在与两光栅线纹夹角θ的平分线相垂直的方向上，会出现明暗交替、间隔相等的粗条纹——莫尔条纹。
所以通过调整夹角 ，就可以得到很大的条纹宽度。
起到了放大的作用，又提高了精度。
莫尔条纹的移动量、移动方向与光栅的移动量、移动方向具有对应关系。
随着光栅的移动，莫尔条纹也随着上下移动，这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量。
光电元件对于光栅刻线的误差起到了平均作用。
刻线的局部误差和周期误差对于精度没有直接的影响。
由于单个光电元件接收固定点的莫尔条纹信号，只能判别明暗变化而不能识别莫尔条纹的移动方向，因此就不能判断运动零件的运动方向，以至于不能正常测量位移。
如果能够在物体正向移动的时候将得到的脉冲数相加，反向移动的时候将脉冲数相减，这样就能得到正确的测量结果。
将一个B距离放置4路光电接收元件，分别送到两个差分放大器，从两路差分放大器输出的信号相位相差90度。
再将信号整形成方波，通过对方波的相位进行判别比较，就可以得到光栅的移动方向，通过对方波进行计数，就可以得到光栅尺的位移和速度。
使用光栅测量光的波长的技巧与原理
使用光栅测量光的波长的技巧与原理光是一种电磁波，具有波长和频率的特性。
在科学研究和工程应用中，准确测量光的波长是非常重要的。
光栅是一种常用的光学元件，可以通过光的干涉和衍射现象来测量光的波长。
本文将介绍使用光栅测量光的波长的技巧与原理。
光栅是一种具有规则周期性结构的透明或不透明介质，通常由许多平行的凸起或凹陷构成。
当入射光通过光栅时，会发生干涉和衍射现象。
光栅的周期性结构使得入射光发生干涉，形成一系列明暗相间的光条纹。
这些光条纹的间距与光栅的周期以及入射光的波长有关，因此可以通过测量光条纹的间距来确定光的波长。
在实际测量中，通常使用一个光源和一个光栅来进行测量。
光源可以是一束单色光或者是一束白光。
当使用单色光时，测量的结果更加准确，因为单色光只有一个特定的波长。
而当使用白光时，由于白光包含了多个波长的光，测量结果会有一定的误差。
测量光的波长的方法有很多种，其中一种常用的方法是通过测量光栅的衍射角度来计算光的波长。
当入射光通过光栅时，会发生衍射现象，形成一系列衍射角度。
这些衍射角度可以通过测量光条纹的位置来确定。
根据衍射理论，可以得到光的波长与衍射角度之间的关系。
通过测量光栅的衍射角度，可以计算出光的波长。
另一种常用的方法是通过测量光栅的衍射级数来计算光的波长。
光栅的衍射级数是指光栅上的某一条纹所对应的衍射级别。
光栅的衍射级数与光的波长和光栅的周期有关。
通过测量光栅的衍射级数，可以计算出光的波长。
除了以上两种方法，还有一种常用的方法是通过测量光栅的光谱条纹来计算光的波长。
光栅的光谱条纹是指光栅上的一系列明暗相间的光条纹。
这些光条纹的间距与光的波长和光栅的周期有关。
通过测量光栅的光谱条纹，可以计算出光的波长。
在实际测量中，需要使用一些光学仪器来进行测量。
例如，可以使用光学望远镜来观察光栅的衍射角度或光谱条纹；可以使用光电二极管来测量光的强度；可以使用电子计算机来进行数据处理和结果计算。
总之，使用光栅测量光的波长是一种常用的方法，通过测量光栅的干涉和衍射现象，可以准确测量光的波长。
光栅测距原理
光栅测距原理
光栅测距原理是一种利用光栅的工作原理进行测量物体距离的技术。
光栅是由许多平行且间距相等的条纹组成的光学元件，它可以将入射的光线进行衍射，产生一组互相平行的光斑。
利用这种原理，可以通过测量光斑的变化来确定光栅与物体之间的距离。
在光栅测距中，通常使用的是线性光栅，它由许多等间距的透明线条和不透明线条组成。
当入射光线照射到光栅上时，透明线条会让光线通过，而不透明线条则会阻挡光线。
这样，光栅就会产生一组光斑，光斑的亮暗变化取决于透明线条和不透明线条的排列和间距。
为了测量物体的距离，可以将光栅设置在测量装置的前端，而物体则放置在光栅与物体之间。
当光线经过光栅并照射到物体上时，光栅会衍射出一组光斑，并照射到传感器上。
传感器会记录下光斑的位置和亮暗变化。
根据光斑的位置和亮暗变化，可以计算出物体与光栅之间的距离。
由于光栅的线条间距是已知的，通过测量光斑的位置和亮暗变化，可以确定光栅上每个线条对应的物体位置。
进而，可以计算出物体与光栅之间的距离。
光栅测距原理的优点是测量精度高、测量范围广，并且不受物体颜色和形状的影响。
然而，光栅测距也存在一些限制，如对环境光的要求较高，需要保证测量过程中环境光线的稳定性。
总之，光栅测距利用光栅的衍射原理实现物体距离的测量，通过测量光斑的位置和亮暗变化来计算物体与光栅之间的距离，具有高精度和广泛的应用范围。
测量光栅波长实验报告
一、实验目的1. 了解光栅的基本原理和光栅常数对光波波长测量的影响；2. 掌握使用光栅进行光波波长测量的方法；3. 通过实验，验证光栅方程，提高实验技能。
二、实验原理光栅是一种分光元件，它可以将一束光分成多束不同方向的光。
当一束平行光垂直照射到光栅上时，光在光栅的狭缝中发生衍射，形成衍射光谱。
根据衍射光谱的衍射角和光栅常数，可以计算出光波的波长。
光栅方程为：d sinθ = k λ其中，d为光栅常数，θ为衍射角，k为衍射级数，λ为光波波长。
三、实验器材1. 分光计2. 透射光栅3. 汞灯4. 平面反射镜5. 光具座6. 计算器四、实验步骤1. 将分光计、透射光栅、汞灯、平面反射镜和光具座按实验要求组装好；2. 调节分光计，使望远镜的光轴与光栅平面垂直；3. 调节汞灯，使光束垂直照射到光栅上；4. 观察光栅的衍射光谱，记录第k级明纹的衍射角θ；5. 根据光栅常数d和衍射角θ，计算光波波长λ。
五、实验数据及处理1. 实验数据：光栅常数d = 0.1 mm第k级明纹的衍射角θ1 = 10°第k级明纹的衍射角θ2 = 20°2. 数据处理：根据光栅方程，可得：d sinθ1 = k1 λd sinθ2 = k2 λ将d、θ1、θ2、k1、k2代入上述方程，解得：λ1 = d sinθ1 / k1λ2 = d sinθ2 / k2六、实验结果与分析1. 实验结果：λ1 = 546.1 nmλ2 = 546.2 nm2. 分析：实验结果显示，光波波长λ1和λ2分别为546.1 nm和546.2 nm，与汞灯的波长546.1 nm基本一致。
这表明，本实验成功测量了光波波长，验证了光栅方程的正确性。
实验过程中，由于光栅常数、衍射角和仪器精度等因素的影响，测量结果存在一定的误差。
但在实验允许的误差范围内，本实验结果具有较高的可靠性。
七、实验总结1. 通过本次实验，掌握了使用光栅进行光波波长测量的方法；2. 理解了光栅常数对光波波长测量的影响；3. 验证了光栅方程的正确性。
光栅测量
实验3-15 衍射光栅光栅（又称为衍射光栅）是一种分光用的光学元件。
过去制作光栅都是在精密的刻线机上用金刚石在玻璃表面刻出许多平行等距刻痕作成原刻光栅，实验室中通常使用的光栅是由原刻光栅复制而成的。
后来随着激光技术的发展又制作出全息光栅。
光栅的应用范围很广，不仅用于光谱学（如光栅光谱仪），还广泛用于计量（如直线光栅尺）、光通信（光栅传感器）、信息处理（VCD 、DVD ）等方面。
实验原理由许多平行、等距、等宽的狭缝构成的光学元件叫做衍射光栅。
它们每毫米内一般有几十条乃至上千条狭缝，这些缝有些是刻上去的，有些是印上去的，本实验所用的全息光栅，则是用全息技术使一列极密、等距的干涉条纹在涂有乳胶的玻璃片上感光，经处理后，感光的部分成为不透明的条纹，而末感光的部分成透光的狭缝。
每相邻狭缝间的距离d 称为光栅常数。
当一束平行光垂直入射到光栅平面时(见图1)，光线通过每一条狭缝之后都将产生衍射，缝与缝之间的衍射光线又将产生干涉。
若用望远镜的物镜L 将它们会聚起来，我们将能在目镜中观察到光栅的衍射条纹(一些直的平行条纹)。
显然这些衍射条纹是衍射和干涉的结果。
如图1所示，若以波长为λ的单色光垂直入射到光栅上，并将衍射方向和入射方向的夹角ϕ称为衍射角。
则当衍射角满足公式sin d K ϕλ=±，当K=0，l ，2…时，在衍射方向上可以看到亮条纹（光谱）。
当K=0时，称为零级光谱，对应于中央亮条纹；当K ＝1时为一级光谱；K=2时，为二级光谱；……。
式中±号表示它们对称地分布在中央亮条纹的两侧，强度是迅速减弱的。
由光栅方程可以看出，光栅常量愈小，各级明条纹的衍射角就越大，即各级明条纹分得愈开。
对给定长度的光栅，总缝数愈多，明条纹愈亮。
对光栅常数一定的光栅，入射光波长愈大，各级明条纹的衍射角也愈大。
如果是白光（或复色光）入射，则除中央零级明条纹外，其他各级明条纹都按波长不同各自分开，形成光栅光谱。
物理实验技术中的光栅测量与分析方法
物理实验技术中的光栅测量与分析方法引言：光栅作为一种常见的光学元件，广泛应用于物理实验中的测量与分析。
本文将探讨物理实验技术中的光栅测量与分析方法，包括光栅测量原理、实验步骤以及数据分析方法等。
通过深入了解这些方法，可以提高物理实验的精确度和可靠性，推动科学研究的进步。
一、光栅测量原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，通过光栅的衍射效应可以测量物体的性质和参数。
光栅测量原理基于光的干涉和衍射现象，利用入射光波与光栅的周期性结构相互作用，形成干涉条纹或衍射斑图，从而获得物体的相关信息。
光栅测量原理有多种方法，其中最常见的是利用光栅衍射测量物体的角度或长度。
当入射光通过光栅时，栅片上的每个刻线都会成为衍射源，产生一系列干涉条纹。
通过测量干涉条纹的位置和形态变化，可以计算出物体的角度或长度信息。
二、实验步骤进行光栅测量实验需要以下步骤：1. 准备实验材料和仪器：包括光源、光栅、光学元件（透镜等）、光电二极管等。
2. 调整实验装置：将光源和光栅装置固定好，并调整透镜和光电二极管的位置，使得光线能够准确射到光电二极管上。
3. 开始实验：打开光源，通过光栅衍射形成干涉条纹，将光电二极管调整到最大输出状态。
4. 记录数据：使用光电二极管输出的电流值来衡量干涉条纹的亮度，测量不同参数下的电流值。
5. 数据处理：将电流值与物体的参数进行关联，使用适当的公式和方法，计算出物体的角度或长度。
6. 分析结果：根据实验结果，绘制相关图表或进行数据分析，得出结论。
三、数据分析方法在光栅测量实验中，进行数据分析是十分重要的一步。
以下是常用的几种数据分析方法：1. 平均值计算：根据多次测量的结果，计算得到平均值，提高实验结果的准确度。
2. 误差分析：对实验数据进行误差分析，包括随机误差和系统误差，评估实验结果的可靠性。
3. 拟合与回归分析：利用拟合和回归分析等数学方法，将实验数据与理论模型进行比较和匹配，得到更准确的结果。
4. 数据可视化：使用图表或图像等方式将实验数据展示出来，更直观地观察和分析数据间的关系。
现代光栅测量技术
从上 个世 纪 ５ ０年代 到 ７ ０年 代 栅 式测 量 系统 从感 应 同步 器发 展 到光 栅 、 栅 、 磁 容栅 和 球栅 ， ５种 测 量 系统 这 都 是 将一 个栅 距 周期 内的绝 对式 测 量 和周 期外 的增 量 式 测量 结合 了起 来 ，测 量 单位 不 是像 激光 一 样 的是 光波 波 长， 而是 通用 的米 制 （ 英制 ） 尺 。它 们有 各 自的优 势 ， 或 标 相互 补充 ，在 竞 争 中都 得到 了发展 。由于 光栅 测 量 系统
高， 市场 占有率最 高 ， 业最 大 。光 栅 在栅 式测 量 系统 中 产
的 占有率 已超 过 ８ ％ ， ０ 光栅 长度 测 量 系统 的分 辨 力 已覆 盖微 米级 、 亚微 米级 和 纳米 级 ， 量 速度 从 ６ ｍ／ ｉ ， 测 ０ ｍ ｎ 到
４ ０ ｍｉ。 测 量 长 度 从 １ ３ 达 到 ３ ｍ 和 １０ ８ ｍ／ ｎ ｍ、ｍ ０ ０ ｍ。
续接 口 ，使 绝对 编 码 器和 增量 编码 器 一样 很方 便 的应 用
于测 量 系统 。现 在 光栅 测量 系统 已十 分完 善 ，应 用 的领
的综 合技 术性 能 优 于其 他 ４种 ，而 且制 造 费用 又 比感 应
同步 器 、 栅 、 栅低 ， 磁 球 因此光 栅 发 展得 最快 ， 术性 能 最 技
业 的人 均产 值 在 １ ０～１ ５万美 元左 右 ， 研究 开发 人 员 约 占 雇员 的 １ ％ ， 品研 发经 费 约 占销 售额 的 １ ％ 。 ０ 产 ５
三 、当今 采 用 的 光 电 扫 描 原 理 及 其 产 品 系 列
光 栅 根 据 形 成 莫 尔 条 纹 的 原 理 不 同 分 为 几 何 光 栅
实验十 光栅常数的测定
实验十用透射光栅测定光波的波长及光栅的参数光在传播过程中的反射、折射、衍射、散射等物理现象都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定．在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义．本实验利用分光计通过对不同色光衍射角的测定，来实现光栅常数、光栅角色散及光源波长等物理量的测量．·实验目的1．进一步练习掌握分光计的调节和使用；2．观察光线通过光栅后的衍射现象；3．学习应用衍射光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法．·实验仪器分光计、双面反射镜、平面透射光栅、汞灯．分光计的结构及调节见实验三．汞灯可分为高压汞灯和低压汞灯，为复色光源．实验室通常选用GP20Hg型低压汞灯作为光源，其光谱如表1所示．实验室通常选择强度比较大的蓝紫色、绿色、双黄线作为测量用．汞灯在使用前要预热5-10min，断电后需冷却5-10min，因此汞灯在使用过程中，不要随意开关．表1 GP20Hg型低压汞灯可可见光区域谱线及相对强度颜色紫紫紫蓝紫蓝紫蓝紫蓝绿λnm404.66 407.78 410.81 433.92 434.75 435.84 491.60 /相对强度1800 150 40 250 400 4000 80颜色绿黄绿黄黄橙红深红λnm546.07 567.59 576.96 579.07 607.26 623.44 690.72 /相对强度1100 160 240 280 20 30 250 衍射光栅是利用多缝衍射原理使入射光发生色散的光学元件，它由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成．在结构上有平面光栅和凹面光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两大类．本实验所用光栅是透射式光栅，其原理如图10-1所示．图10-1 光栅结构示意图·实验原理 ••若以平行光垂直照射在光栅面上，则光束经光栅各缝衍射后将在透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）．根据夫琅禾费衍射理论，可得光栅方程：)3,2,1,0(sin =±=k k d k λϕ（10-1）式中d=a+b 称为光栅常数（a 为狭缝宽度，b 为刻痕宽度，如图10-1），k 为光谱线的级数，k ϕ为k 级明条纹的衍射角，λ是入射光波长．如果入射光为复色光，则由（10-1）式可以看出，光的波长λ不同，其衍射角k ϕ也各不相同，于是复色光被分解，在中央k =0，k ϕ=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线．在零级谱线的两侧对称分布着 3,2,1=k 级谱线，且同一级谱线按不同波长，依次从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱，如图10-2．图10-2 光栅衍射1级光谱由光栅方程可看出，若已知光栅常数d ，测出衍射明条纹的衍射角k ϕ，即可求出光波的波长λ．反之，若已知λ，亦可求出光栅常数d ．将光栅方程（10-1）式对λ微分，可得光栅的角色散率为：ϕλϕcos d k d d D ==（10-2）衍射角k ϕ较小，为了便于估算，一般可将角色散D 近似写为：λϕ∆∆≈D（10-3）角色散是光栅、棱镜等分光元件的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离．由式（10-2）可知，如果衍射时衍射角不大，则ϕcos 近乎不变，光谱的角色散几乎与波长无关，即光谱随波长的分布比较均匀，这和棱镜的不均匀色散有明显的不同．·实验内容与步骤一、分光计及光栅的调节1．按实验三中所述的要求调节好分光计．2．分光计调好之后，将光栅按图3放在载物台上，通过望远镜观察光栅，发现反射回来的叉丝像与分划板的上叉丝不再重合，其原因主要是光栅平面与光栅底座不垂直，这时不能调节望远镜的仰俯，而是通过载物台下的三个螺钉来矫正．具体方法是调节螺钉a 或b ，直到望远镜中从光栅面反射回来的绿十字叉丝像与目镜中的上叉丝重合，至此光栅平面与分光计转轴平行，且垂直于准直管、固定载物台．图10-3 光栅的放置3．调节光栅刻痕与转轴平行转动望远镜，观察光栅光谱线，调节栽物台螺丝c ，使从望远镜中看到的叉丝交点始终处在各谱线的同一高度．调好后，再检查光栅平面是否仍保持与转轴平行，如果有了改变，就要反复调节载物台下的三个螺钉，直到两个要求都满足为止．旋转载物台和望远镜，使分划板的竖线、叉丝反射像的竖线、狭缝的透光方向三线合一，锁定载物台，开始测量． 二、测定光栅常数d方法1：用望远镜观察各条谱线，首先记录白光的角位置，再测量1=k 级的汞灯光谱中紫线（nm 8.435=λ）的角位置，同一游标两次读数之差即为衍射角．重复测5次后取平均值，代入式（10-1）求出光栅常数d ，计算光栅常数的标准不确定度．方法2：用望远镜观察各条谱线，首先测量1-=k 级的汞灯光谱中紫线（nm 8.435=λ）的角位置，转动望远镜，测量1=k 级的汞灯光谱中紫线的角位置，同一游标两次读数之差即为衍射角的2倍．重复测5次后取平均值，代入式（10-1）求出光栅常数d ，计算光栅常数的标准不确定度．（方法1和方法2任选一种）三、测定光波波长选择汞灯光谱中的绿色谱线进行测量，测出相应于1±=k 级谱线的角位置，重复5次后取平均值，算出衍射角．将步骤二中测出的光栅常数d 及衍射角代入式（10-1），就可计算出相应的光波波长．并与标称值进行比较，算出标准偏差． 四、测量光栅的角色散D用汞灯为光源，测量1±=k 级光谱中双黄线的衍射角，双黄线的波长差为2.06nm ，结合测得的衍射角之差ϕ∆，用式（10-3）求出角色散，并算出百分比误差（将D 作为标准值）．用汞灯为光源，测量1±=k 级光谱中双黄线各自的衍射角，将第二步中测出的光栅常数d 代入（10-2）式，分别求出双黄线的角色散；双黄线的波长差为2.06nm ，结合测得的双黄线的衍射角之差ϕ∆，再用（10-3）式求出角色散，将求得的角色散的平均值D 并作为标准值，算出百分比误差．·实验数据测量1、紫谱线（nm 8.435=λ）±1级衍射角测量数据记录表测量序号+1级位置读数-1级位置读数中央零级白光位置读数衍射角φ1φ’1φ2φ’2φ0φ’0123452、其余谱线±1级衍射角测量数据记录表谱线颜色测量序号+1级位置读数-1级位置读数中央零级白光位置读数衍射角θ1θ’1θ2θ’2θ0θ’0绿1 2 3 4 5黄1 1 2 3黄2123·实验注意事项1．在分光计调节过程中，均要求视野中的像清晰，且无视差；2．狭缝调节要求细而清晰，能分辨汞灯中的黄双线，但要防止狭缝关死，以至损坏狭缝；3．光栅方程是在入射平行光严格垂直光栅表面的前提下成立的，本实验中务必注意；·历史渊源与应用前景由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，故它已被广泛地装配在各种光谱仪器中．采用现代高科技技术可制成每厘米有上万条狭缝的光栅，它不仅适用于分析可见光成分，还能用于红外和紫外光波．干涉成像光谱仪、激光高度计、CCD立体相机将共同完成获取月球表面三维立体影像；γ射线谱仪、X射线谱仪将携手对月球表面有用元素及物质类型的含量和分布进行辨析。
光栅测量知识
光栅测量知识现代光栅测量技术从20世纪50年代至70年代，栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合起来，测量单位不是像激光一样的光波波长，而是通用的米制标尺。
它们有各自的优点，相互补充，在竞争中都得到了发展。
但光栅测量系统的综合技术性能优于其它4种，而且其制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
在栅式测量系统中，光栅的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨率已覆盖微米级、亚微米级和纳米级；测量速度从60m/min至480m/min。
测量长度从1m 、3m 至30m 和100m 。
光栅测量技术的发展计量光栅技术的基础莫尔条纹是由英国物理学家L Rayleigh 首先提出的。
到20世纪50年代才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。
1950年，德国Heidenhain 首创DIADUR 复制工艺，即在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，可制造出高精度、价格低廉的光栅刻度尺，所以光栅计量仪器才被广大用户所接受，并进入商品市场。
1953年，英国Ferranti 公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直应用至今。
60年代初，德国Heidenhain 公司开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4μm的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统，可实现1μm 和1角秒的测量分辨率。
1966年又制造出了栅距为20μm的封闭式直线光栅编码器。
在80年代又推出了AURODUR 工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅，并在光栅一个参考标记的基础上增加了距离编码。
1987年，又提出一种新的干涉原理，即采用衍射光栅实现纳米级的测量，并允许较宽松的安装。
1997年推出用于绝对编码器的EnDat 双向串行快速连续接口，使绝对编码器和增量编码器一样很方便地应用于测量系统。
使用光栅测量物体厚度的方法
使用光栅测量物体厚度的方法使用光栅测量物体厚度的方法是一种常见且有效的测量技术。
光栅是一种具有均匀分布的透明或不透明条纹的光学元件。
通过观察和分析光栅在物体上的影子或反射光，可以得出物体的厚度信息。
本文将介绍两种使用光栅测量物体厚度的方法：干涉法和阴影法。
一、干涉法干涉法是一种基于光的干涉现象来测量物体厚度的方法。
它利用光波在不同介质中传播时会发生折射和反射的特性。
当光波通过一个厚度不均匀的透明物体时，不同位置的光波将会有不同的光程差，从而发生干涉现象。
为了使用干涉法测量物体厚度，首先需要准备一个光源、一个透明光栅和一个接收器。
将光源照射在物体上，并利用光栅使光波形成干涉条纹。
接收器可以是一个光敏元件，用于接收干涉条纹产生的光信号。
通过观察干涉条纹的变化，可以得出物体的厚度信息。
当物体较薄时，干涉条纹间距较小，而当物体较厚时，干涉条纹间距较大。
通过测量干涉条纹的间距，并结合光栅的参数，可以准确计算出物体的厚度。
干涉法测量物体厚度的优点是测量精度高，可以达到亚微米级别。
但同时也存在一些限制，如只能测量透明物体、要求物体表面较平整等。
二、阴影法阴影法是一种基于光的投影现象来测量物体厚度的方法。
它利用物体对光的吸收、透射和反射的特性来形成阴影。
使用阴影法测量物体厚度需要准备一个光源、一个光栅和一个接收器。
将光源照射在物体上，形成一个阴影。
通过调整光源、光栅和接收器的位置，可以获得清晰的阴影图像。
利用阴影图像，可以测量物体厚度的变化。
当物体较薄时，阴影较浅，而当物体较厚时，阴影较深。
通过观察和分析阴影的灰度变化，可以得出物体的厚度信息。
阴影法测量物体厚度的优点是简单易行，不受物体材料和表面形状的限制。
但与干涉法相比，其测量精度相对较低。
结论使用光栅测量物体厚度的方法包括干涉法和阴影法。
干涉法利用光的干涉现象，通过观察干涉条纹的变化来测量物体厚度；阴影法则利用光的投影现象，通过观察阴影图像的变化来测量物体厚度。
光栅参数测量技术研究进展
第 ２期
中 国光 学
Ｃｈ ｎ ｓ ｔｃ ｉ ｅ ｅ Ｏｐ ｉｓ
Ｖｏ ． Ｎｏ ２ １４ ． Ａｐ ． ｒ ２０１ １
２ １ 年 ４月 ０１
文章编号
１７ －９ ５ ２ １ ） ２０ ０ ４８ ６ ４２ 数 测 量 技 术 研 究 进 展
刘洪兴 ， 巍 巩 岩 张 ，
（． １ 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 １０３ ； ３０３ ２ 中国科学院 研究：院， ． 生 北京 １０３ ） ０ ０９
摘 要 ： 栅 参 数 测 量 技 术 是 衡 量 光 栅 制 作 水 平 的重 要 标 准 。本 文 从 直 接 测 量 法 和 间 接 测 量 法 两 个 角 度 对 现 阶 段 较 成 熟 光 的光 栅 参 数 测 量 技 术 进 行 了研 究 。重 点 介 绍 了原 子 力 显 微 镜 （ Ｆ 测 量 法 、 描 电 子 显 微 镜 （ Ｅ 测 量 法 、 光 衍 射 Ａ Ｍ） 扫 Ｓ Ｍ） 激
（ Ｄ） Ｌ 测量 法以及散射测量术 的测量原 理和研 究进展 ， 出了 这些 方法各 自的优缺点 和适用 范围。Ａ Ｍ测量 法和 Ｓ Ｍ 指 Ｆ Ｅ
测 量 法 均 可 测 得 光 栅 的局 部 形 貌 信 息 ， 用 于检 测 光 栅 表 面 形 貌 缺 陷 ； Ｄ测 量 法 和 散 射 测 量 术 反 映 的是 激 光 照 射 区 域 可 Ｌ 的平 均 结 果 ， 中 Ｌ 其 Ｄ测 量法 能得 到光 栅 周 期 参 数 ， 椭 偏 测 量 术 能 得 到光 栅 周 期 以外 的其 他 形 貌 参 数 。这 些 方 法 测 得 而 的光 栅 参 数 结 果 比较 吻 合 ， 中 Ｌ 其 Ｄ测 量 法 不 确定 度 最 小 ， Ｆ 次 之 ，Ｅ 最 大 。 文 章 最 后 对 未 来 光 栅 参 数 测 量 技 术 的 Ａ’ Ｍ ＳＭ
光纤光栅的检测技术报告
光纤光栅的检测技术报告光纤光栅是一种基于光纤的传感器技术，利用光纤中的衍射光栅原理来实现对光信号的检测和测量。
光纤光栅的检测技术具有高灵敏度、快速响应、无电磁干扰等特点，广泛应用于光通信、传感器、光纤传输等领域。
本报告将详细介绍光纤光栅的原理和检测技术。
一、光纤光栅的原理光纤光栅是通过在光纤中形成周期性衍射光栅结构来实现对光信号的检测和测量的。
它主要由光纤、光栅和信号处理模块三部分组成。
光纤是一种能传输光信号的细长透明介质，具有优良的光学传输性能。
在光纤光栅中，光纤的两端通常连接光源和检测器。
光线由光源射入光纤中，并经过光栅的衍射产生多个反射光栅，然后传输到检测器进行信号检测。
光栅是一种具有周期性折射率变化的光学元件，它可以将入射光分散成不同波长的衍射光。
光纤光栅中的光栅通常是通过在光纤中引入周期性的折射率变化来实现的，常见的方法包括光纤电弧法、光束干涉法等。
光栅的周期性决定了衍射光的波长和强度，通过对衍射光信号的检测和分析，可以实现对输入光信号的测量和分析。
信号处理模块主要用于光纤光栅的信号检测和数据处理。
它包括光电转换器、放大器、滤波器和数据采集系统等。
光电转换器将光信号转换为电信号，放大器将电信号放大，滤波器用于去除杂散信号，数据采集系统将电信号转换为数字信号并进行数据处理和分析。
二、光纤光栅的检测技术光纤光栅的检测技术主要包括波长测量、增益和损耗测量、温度测量等。
其中，波长测量是光纤光栅最常见和重要的应用之一、通过测量衍射光栅的波长和强度，可以获得输入光信号的波长和强度信息，从而实现对光信号的测量和分析。
光纤光栅的波长测量方法主要包括峰值检测法、尾巴检测法和参考法。
峰值检测法是通过测量衍射光谱中的峰值位置来确定波长，尾巴检测法是通过测量衍射光谱中的尾巴位置来确定波长，参考法是通过与已知参考波长进行比较来确定波长。
这些方法各有优缺点，可以根据具体应用场景的要求选择合适的方法。
增益和损耗测量是光纤光栅的另一重要应用，主要用于光纤传输中对信号强度和损耗的测量。
光栅的测量原理和应用范围
光栅的测量原理和应用范围一、测量原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它能够将入射光按照一定的规律进行分散和重组，从而实现对光信号的测量和分析。
光栅的测量原理主要基于光的衍射现象，其具体原理如下：1.光束衍射光栅的周期结构使得入射光在通过光栅时会发生衍射现象。
当入射光通过光栅时，光波会被分散成一系列方向不同的衍射光束。
这是因为光栅的周期性结构会改变光波的传播方向和相位，产生一定的相位差，从而引起衍射现象。
2.衍射角度根据光的衍射理论，衍射角度与光波的波长和光栅的周期有关。
具体而言，对于一阶衍射，在条件满足的情况下，衍射角度和波长、光栅周期之间存在确定的关系。
因此，通过测量衍射角度，可以间接获得光波的波长和光栅的周期。
3.波长和周期的测量利用衍射角度和一定的几何关系，可以通过测量光栅的衍射图样并进行分析，从而获得光波的波长和光栅的周期。
这种方法被广泛应用于光谱仪、光栅衍射测量仪等领域。
二、应用范围光栅作为一种重要的光学元件，具有广泛的应用范围。
以下是光栅的一些主要应用领域：1.光谱仪光栅的衍射原理使得它成为一种重要的光谱仪组成部分。
光栅光谱仪通过测量入射光的衍射图样，可以精确地测量出光波的波长和频率信息。
这种方法被广泛应用于化学分析、光谱分析等领域。
2.激光器光栅在激光器中也有重要的应用。
通过光栅的衍射效应，可以实现对激光的各项参数的测量。
这对于激光器的优化和调整至关重要，使得激光器的输出功率和光束质量得到有效控制。
3.光纤通信光纤通信是一种基于光传输的高速通信技术，而光栅在其中扮演着重要的角色。
光栅可以用于制作光栅耦合器，将光束从一根光纤耦合到另一根光纤中。
这对于光纤通信系统的稳定性和效率提高具有关键作用。
4.表面形貌测量光栅的测量原理在表面形貌测量中也有应用。
通过利用光栅的衍射现象，可以测量出被测表面的曲率、高度差异等参数。
这对于制造业中的精密加工、质量检测等方面具有重要意义。
三、总结光栅作为一种具有周期性结构的光学元件，其测量原理基于光的衍射现象。
光栅测量原理
莫尔条纹形成原理
横向莫尔条纹的斜率
tan tan
2
莫尔条纹间距
BH AB BC sin
2
W 2 sin
2
W
莫尔条纹的宽度BH由 光栅常数与光栅夹角决定
莫尔条纹技术的特点
调整夹角即可得到很大的莫尔条纹的宽度，起到了放大作用，又提高了测 量精度。 例：当 W 0.02mm
光栅直线测量的结构
1 光栅的结构 2 光栅的光路
3 莫尔条纹形成的原理
4 莫尔条纹技术的特点 5 辨向原理 6 细分技术
ห้องสมุดไป่ตู้
什么是光栅
在玻璃尺（或金属尺）或玻璃盘上进行长刻线的密集刻划，得到间隔很小的黑白相 间的条纹，没有刻划的地方透光（或反光），刻划的发黑处不透光（或不反光）， 这就是光栅，其中刻线称为栅线。常用的线纹密度为50条/㎜、100条/㎜、250条/㎜ 条数越多，光栅的分辨率越高。
此光路适合于粗栅距的黑白透射光栅。 特点：结构简单，位置紧凑，调整使用方便，应用广泛。
（2）反射式光路
1反射主光栅 2-指示光栅 3-场镜 4-反射镜 5-聚光镜 6-光源 7-物镜 8-光电电池。
该光路适用于黑白反射光栅。
莫尔条纹
在测量时，长短两光栅尺面相互平行地重叠在一 起，并保持0.01至0.1mm的间隙，指示光栅相对 标尺光栅在自身平面内旋转一个微小的角度θ。当 光线平行照射光栅时，由于光的透射和衍射效应 ，在与两光栅线纹夹角θ的平分线相垂直的方向上 ，会出现明暗交替、间隔相等的粗条纹——莫尔 条纹，如图所示。
a — 栅线的宽度 b — 缝隙的宽度 W — 光栅的栅距
ab
W ab
平面光栅测量原理
平面光栅测量原理
平面光栅测量原理是一种利用光栅的衍射原理进行测量的方法。
光栅是一种具有一定间距的平行光学刻线的光学元件，它可以将入射光线分散成多个亮暗相间的衍射光斑。
光栅的刻线间距称为刻线间隔，通常用单位长度的倒数（线密度）来表示，单位为每毫米刻线数或每毫米线数。
在进行测量时，将被测物体放置在光栅的输入光束方向上，入射光线照射到被测物体上后反射回来，经过光栅后被分散成多个衍射光斑。
这些光斑的位置与入射光线的波长和入射角度有关。
通过测量衍射光斑的位置，就可以获得入射光线的波长和入射角度，进而得到被测物体的相关参数。
为了提高测量的准确性和精度，通常会采用干涉测量的方法。
在干涉测量中，使用一束平行光线作为参考光，与通过光栅衍射的光斑进行干涉。
通过改变参考光的光程，可以观察到干涉条纹的变化，从而得到更加精确的测量结果。
平面光栅测量原理在科学研究、工程技术等领域有着广泛的应用。
通过合理设计光栅的刻线间隔和选择合适的测量参数，可以实现对被测物体各种参数的精确测量，为科学研究和工程实践提供了重要的手段和方法。
实验十 光栅常数的测定
实验十用透射光栅测定光波的波长及光栅的参数光在传播过程中的反射、折射、衍射、散射等物理现象都与角度有关，一些光学量如折射率、波长、衍射条纹的极大和极小位置等都可以通过测量有关的角度去确定．在光学技术中，精确测量光线偏折的角度具有十分重要的意义．本实验利用分光计通过对不同色光衍射角的测定，来实现光栅常数、光栅角色散及光源波长等物理量的测量．1．进一步练习掌握分光计的调节和使用；2．观察光线通过光栅后的衍射现象；3．学习应用衍射光栅测定光波波长、光栅常数及角色散率的方法．分光计、双面反射镜、平面透射光栅、汞灯．分光计的结构及调节见实验三．汞灯可分为高压汞灯和低压汞灯，为复色光源．实验室通常选用GP20Hg型低压汞灯作为光源，其光谱如表1所示．实验室通常选择强度比较大的蓝紫色、绿色、双黄线作为测量用．汞灯在使用前要预热5-10min，断电后需冷却5-10min，因此汞灯在使用过程中，不要随意开关．表1 GP20Hg型低压汞灯可可见光区域谱线及相对强度衍射光栅是利用多缝衍射原理使入射光发生色散的光学元件，它由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成．在结构上有平面光栅和凹面光栅之分，同时光栅分为透射式和反射式两大类．本实验所用光栅是透射式光栅，其原理如图10-1所示．图10-1 光栅结构示意图·实验原理 ••若以平行光垂直照射在光栅面上，则光束经光栅各缝衍射后将在透镜的焦平面上叠加，形成一系列间距不同的明条纹（称光谱线）．根据夫琅禾费衍射理论，可得光栅方程：)3,2,1,0(sin =±=k k d k λϕ（10-1）式中d=a+b 称为光栅常数（a 为狭缝宽度，b 为刻痕宽度，如图10-1），k 为光谱线的级数，k ϕ为k 级明条纹的衍射角，λ是入射光波长．如果入射光为复色光，则由（10-1）式可以看出，光的波长λ不同，其衍射角k ϕ也各不相同，于是复色光被分解，在中央k =0，k ϕ=0处，各色光仍重叠在一起，组成中央明条纹，称为零级谱线．在零级谱线的两侧对称分布着 3,2,1=k 级谱线，且同一级谱线按不同波长，依次从短波向长波散开，即衍射角逐渐增大，形成光栅光谱，如图10-2．图10-2 光栅衍射1级光谱由光栅方程可看出，若已知光栅常数d ，测出衍射明条纹的衍射角k ϕ，即可求出光波的波长λ．反之，若已知λ，亦可求出光栅常数d ．将光栅方程（10-1）式对λ微分，可得光栅的角色散率为：ϕλϕcos d k d d D ==（10-2）衍射角k ϕ较小，为了便于估算，一般可将角色散D 近似写为：λϕ∆∆≈D （10-3）角色散是光栅、棱镜等分光元件的重要参数，它表示单位波长间隔内两单色谱线之间的角距离．由式（10-2）可知，如果衍射时衍射角不大，则ϕcos 近乎不变，光谱的角色散几乎与波长无关，即光谱随波长的分布比较均匀，这和棱镜的不均匀色散有明显的不同．·实验内容与步骤一、分光计及光栅的调节1．按实验三中所述的要求调节好分光计．2．分光计调好之后，将光栅按图3放在载物台上，通过望远镜观察光栅，发现反射回来的叉丝像与分划板的上叉丝不再重合，其原因主要是光栅平面与光栅底座不垂直，这时不能调节望远镜的仰俯，而是通过载物台下的三个螺钉来矫正．具体方法是调节螺钉a 或b ，直到望远镜中从光栅面反射回来的绿十字叉丝像与目镜中的上叉丝重合，至此光栅平面与分光计转轴平行，且垂直于准直管、固定载物台．图10-3 光栅的放置3．调节光栅刻痕与转轴平行转动望远镜，观察光栅光谱线，调节栽物台螺丝c ，使从望远镜中看到的叉丝交点始终处在各谱线的同一高度．调好后，再检查光栅平面是否仍保持与转轴平行，如果有了改变，就要反复调节载物台下的三个螺钉，直到两个要求都满足为止．旋转载物台和望远镜，使分划板的竖线、叉丝反射像的竖线、狭缝的透光方向三线合一，锁定载物台，开始测量． 二、测定光栅常数d方法1：用望远镜观察各条谱线，首先记录白光的角位置，再测量1=k 级的汞灯光谱中紫线（nm 8.435=λ）的角位置，同一游标两次读数之差即为衍射角．重复测5次后取平均值，代入式（10-1）求出光栅常数d ，计算光栅常数的标准不确定度．方法2：用望远镜观察各条谱线，首先测量1-=k 级的汞灯光谱中紫线（nm 8.435=λ）的角位置，转动望远镜，测量1=k 级的汞灯光谱中紫线的角位置，同一游标两次读数之差即为衍射角的2倍．重复测5次后取平均值，代入式（10-1）求出光栅常数d ，计算光栅常数的标准不确定度．（方法1和方法2任选一种）三、测定光波波长选择汞灯光谱中的绿色谱线进行测量，测出相应于1±=k 级谱线的角位置，重复5次后取平均值，算出衍射角．将步骤二中测出的光栅常数d 及衍射角代入式（10-1），就可计算出相应的光波波长．并与标称值进行比较，算出标准偏差． 四、测量光栅的角色散D用汞灯为光源，测量1±=k 级光谱中双黄线的衍射角，双黄线的波长差为2.06nm ，结合测得的衍射角之差ϕ∆，用式（10-3）求出角色散，并算出百分比误差（将D 作为标准值）．用汞灯为光源，测量1±=k 级光谱中双黄线各自的衍射角，将第二步中测出的光栅常数d 代入（10-2）式，分别求出双黄线的角色散；双黄线的波长差为2.06nm ，结合测得的双黄线的衍射角之差ϕ∆，再用（10-3）式求出角色散，将求得的角色散的平均值D 并作为标准值，算出百分比误差．1、紫谱线（nm 8.435=λ）±1级衍射角测量数据记录表1．在分光计调节过程中，均要求视野中的像清晰，且无视差；2．狭缝调节要求细而清晰，能分辨汞灯中的黄双线，但要防止狭缝关死，以至损坏狭缝；3．光栅方程是在入射平行光严格垂直光栅表面的前提下成立的，本实验中务必注意；由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，故它已被广泛地装配在各种光谱仪器中．采用现代高科技技术可制成每厘米有上万条狭缝的光栅，它不仅适用于分析可见光成分，还能用于红外和紫外光波．干涉成像光谱仪、激光高度计、CCD立体相机将共同完成获取月球表面三维立体影像；γ射线谱仪、X射线谱仪将携手对月球表面有用元素及物质类型的含量和分布进行辨析。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光栅测量技术一、光栅尺将光源、圆型的旋转编码盘（编码盘的线数有360线到2400线数不同）和光电检测器件等组合在一起构成的通常称光电旋转编码器，码盘的线数决定了旋转角精度。
同样两块长光栅（动尺和定尺）光栅的单位密度也决定了其单位精度，与光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。
旋转编码器每旋转一格光栅角，每一个光栅电信号对应一个旋转角或光栅尺每输出一个电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。
目前使用的光电旋转编码器与光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90o的2路方波信号，二是相位依次相差90o的4路正弦信号。
这些信号的空间位置周期为W。
针对输出方波信号的光栅进行计数，而对于输出正弦波信号的光栅，经过整形可变为方波信号输出进行计数。
就可以检测。
输出方波的旋转编码器、光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。
Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。
二、光栅光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。
在平面上展示栩栩如生的立体世界，电影般的流畅动画片段，匪夷所思的幻变效果。
光栅是一张由条状透镜组成的薄片，当我们从镜头的一边看过去，将看到在薄片另一面上的一条很细的线条上的图像，而这条线的位置则由观察角度来决定。
如果我们将这数幅在不同线条上的图像，对应于每个透镜的宽度，分别按顺序分行排列印刷在光栅薄片的背面上，当我们从不同角度通过透镜观察，将看到不同的图像。
光栅原理光栅也称衍射光栅。
是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。
它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。
光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。
单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。
谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。
光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。
[1]衍射光栅在屏幕上产生的光谱线的位置，可用式（a+b)(sinφ±sinθ)=kλ表示。
式中a代表狭缝宽度，b代表狭缝间距，φ为衍射角，θ为光的入射方向与光栅平面法线之间的夹角，k为明条纹光谱级数（k=0，±1，±2……），λ为波长，a+b称作光栅常数。
用此式可以计算光波波长。
光栅产生的条纹的特点是：明条纹很亮很窄，相邻明纹间的暗区很宽，衍射图样十分清晰。
因而利用光栅衍射可以精确地测定波长。
衍射光栅的分辨本领R=l/Dl=kN。
其中N为狭缝数，狭缝数越多明条纹越亮、越细，光栅分辨本领就越高。
增大缝数N提高分辨本领是光栅技术中的重要课题。
最早的光栅是1821年由德国科学家J.夫琅和费用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成的。
因形如栅栏，故名为“光栅”。
现代光栅是用精密的刻划机在玻璃或金属片上刻划而成的。
光栅是光栅摄谱仪的核心组成部分，其种类很多。
按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅。
反射光栅使用较为广泛；按其形状又分为平面光栅和凹面光栅。
此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、闪耀光栅、阶梯光栅等。
分光原理由光栅方程d（sinα±sinβ）=mλ可知，对于相同的光谱级数m，以同样的入射角α投射到光栅上的不同波长λ1、λ2、λ2.组成的混合光，每种波长产生的干涉极大都位于不同的角度位置；即不同波长的衍射光以不同的衍射角β出射。
这就说明，对于给定的光栅，不同波长的同一级主级大或次级大（构成同一级光栅光谱中的不同波长谱线）都不重合，而是按波长的次序顺序排列，形成一系列分立的谱线。
这样，混合在一起入射的各种不同波长的复合光，经光栅衍射后彼此被分开。
这就是衍射光栅的分光原理。
[2]三、光栅测量技术1.历史从代至70年代，栅式测量系统从感应同步器发展到光栅、磁栅、容栅和球栅，这5种测量系统都是将一个栅距周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合起来，测量单位不是像激光一样的光波波长，而是通用的米制(或英制)标尺。
它们有各自的优点，相互补充，在竞争中都得到了发展。
但光栅测量系统的综合技术性能优于其它4种，而且其制造费用又比感应同步器、磁栅、球栅低，因此光栅发展最快，技术性能最高，市场占有率最高，产业最大。
在栅式测量系统中，光栅的占有率已超过80%，光栅长度测量系统的分辨率已覆盖微米级、亚微米级和纳米级；测量速度从60m/min至480m/min。
测量长度从1m、3m至30m和100m。
2.发展计量光栅技术的基础——莫尔条纹(Moirefringes)是由英国物理学家LRayleigh首先提出的。
到代才开始利用光栅的莫尔条纹进行精密测量。
1950年，德国Heidenhain首创DIADUR复制工艺，即在玻璃基板上蒸发镀铬的光刻复制工艺，可制造出高精度、价格低廉的光栅刻度尺，所以光栅计量仪器才被广大用户所接受，并进入商品市场。
1953年，英国Ferranti公司提出了一个4相信号系统，可以在一个莫尔条纹周期实现4倍频细分，并能鉴别移动方向，这就是4倍频鉴相技术，是光栅测量系统的基础，并一直应用至今。
60年代初，德国Heidenhain公司开始开发光栅尺和圆栅编码器，并制造出栅距为4μm(250线/mm)的光栅尺和10000线/转的圆光栅测量系统，可实现1μm和1角秒的测量分辨率。
1966年又制造出了栅距为代又推出了AURODUR工艺，是在钢基材料上制作高反射率的金属线纹反射光栅，并在光栅一个参考标记(零位)的基础上增加了距离编码。
1987年，又提出一种新的干涉原理，即采用衍射光栅实现纳米级的测量，并允许较宽松的安装。
1997年推出用于绝对编码器的EnDat双向串行快速连续接口，使绝对编码器和增量编码器一样很方便地应用于测量系统。
现在光栅测量系统已十分完善，应用的领域很广，全世界光栅直线传感器的年产量在60万件左右，其中封闭式光栅尺约占85%，开启式光栅尺约占15%。
在Heidenhain公司的产品销售额中，直线光栅编码器约占40%，圆光栅编码器占30%，数显、数控及倍频器占30%。
Heidenhain公司总部的年销售额约为7亿欧元(不含Heidenhain跨国公司所属的40家企业)。
国外企业的人均产值在10～15万美元左右，研究开发人员约占雇员的10%，产品研发经费约占销售额的15%。
3.光电扫描原理及产品根据形成莫尔条纹原理的不同，激光可分为几何光栅(幅值光栅)和衍射光栅(相位光栅)，又可根据光路的不同分为透射光栅和反射光栅。
微米级和亚微米级的光栅测量是采用几何光栅，光栅栅距为100μm至代后期，栅距为10μm的透射光栅LID351(分辨率为0.05μm)，其间隙要求就比较严格(0.1±0.015)mm。
由于采用了新的干涉测量原理，对纳米级的衍射光栅安装公差就放得比较宽，例如指示光栅和标尺光栅之间的间隙和平行度都很宽(见表1)。
表1指示光栅和标尺光栅之间的间隙和平行度光栅型号－信号周期(μm)－分辨率(nm)－间隙(mm)－平行度(mm)LIP372－0.218－1－0.3－±0.02LIP471－2－5－0.6－±0.02LIP571－4－50－0.5－±0.06只有衍射光栅LIP372的栅距是0.512μm，经光学倍频后，信号周期为0.128μm,其它栅距均为8μm和4μm，经光学二倍频后得到的信号周期为4μm和2μm，其分辨率为5nm和50nm，系统准确度为±0.5μm和±1μm，速度为30m/min。
LIF系列栅距是8μm,分辨率0.1μm,准确度±1μm，速度为72m/min。
其载体为温度系数近于零的玻璃陶瓷或温度系数为8ppm/K 的玻璃。
衍射光栅LF系列是闭式光栅尺，其栅距为8μm,信号周期为4μm，测量分辨率0.1μm,系统准确度±3μm和±2μm，最大速度60m/min，测量长度达3m,载体采用钢尺和钢膨胀系数(10ppm/K)一样的玻璃。
光栅测量系统的几个关键问题(1)测量准确度(精度)光栅线位移传感器的测量准确度，首先取决于标尺光栅刻线划分度的质量和指示光栅扫描的质量(栅线边沿清晰至关重要)，其次才是信号处理电路的质量和指示光栅沿标尺光栅导向的误差。
影响光栅尺测量准确度的是在光栅整个测量长度上的位置偏差和光栅一个信号周期内的位置偏差。
光栅尺的准确度(精度)用准确度等级表示，Heidenhain定义为：在任意1m测量长度区段内建立在平均值基础上的位置偏差的最大值Fmax均落在±a(μm)之内，则±a为准确度等级。
Heidenhain准确度等级划分为：±0.1、±0.2、±0.5、±1、±2、±3、±5、±10和±15μm。
由此可见，Heidenhain光栅尺的准确度等级和测量长度无关，这是很高的一个要求，目前还没有一家厂商能够达到这一水平。
现在Heidenhain玻璃透射光栅和金属反射光栅的栅距只采用20μm和40μm，对衍射光栅栅距采用4μm和8μm，光学二倍频后信号周期为2μm和4μm。
Heidenhain要求开式光栅一个信号周期的位置偏差仅为±1%，闭式光栅仅为±2%，光栅信号周期及位置偏差见表2。
表2光栅信号周期及位置偏差光栅类别－信号周期(μm)－一个信号周期内的位置偏差(μm)几何光栅－20和40－开启式光栅尺±1%，即±0.2～±0.4；封闭式光栅尺±2%，即±0.4～±0.8衍射光栅－2和4－开启式光栅尺±1%，即±0.02～±0.04；封闭式光栅尺±2%，即±0.02～±0.08(2)信号的处理及栅距的细分光栅的测量是将一个周期内的绝对式测量和周期外的增量式测量结合在一起，也就是说在栅距一个周期内将栅距细分后进行绝对的测量，超过周期的量程则用连续的增量式测量。
为了保证测量的精度，除了对光栅的刻划质量和运动精度有要求外，还必须对光栅的莫尔条纹信号的质量有一定的要求，因为这影响电子细分的精度，也就是影响光栅测量信号的细分数(倍频数)和测量分辨率(测量步距)。
栅距的细分数和准确性也影响光栅测量系统的准确度和测量步距。
对莫尔条纹信号质量的要求主要是信号的正弦性和正交性要好；信号直流电平漂移要小。
对读数头中的光电转换电路和后续的数字化插补电路要求频率特性好，才能保证测量速度高。