闪耀光栅和反射式阶梯光栅

0

B 方向是单槽面衍射主极大方向：
所以
0 0
2
可求得： 2 0 因此：
2d sin 0 cos m
当 m、、、d 已知，即可确定 0
这时B方向光很强，如同物体光滑表面反射的耀眼光一样。
当沿槽面法线方向入射时：= = =0 、此时：
狭义定义：平行、等宽而又等间隔的多狭缝装置。
广义定义：凡是能够起到周期性分割波振面作用的一切光
学元器件。包括晶体光栅、超声光栅、晶体折射率光栅等。
周期性地分割波振面是指：① 周期性分割波振面上的
振幅；② 周期性分割波振面上的相位；③ 既周期性分割波
振面上的振幅，又周期性分割波振面上的相位。
2. 光栅的分类
当 = ，单缝衍射主极大和干涉零级极大的方向一致。
解决办法：在玻璃上刻画出锯齿形沟槽，构成闪耀光栅
衍
衍射主极大方向

干 d
干涉主极大方向
d
透射型
反射型
光栅平面
0
B (最大强度衍射光方向)


d

0
n(刻槽面法线) A (入射光方向) N (光栅面法线)
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dsin 反射式闪耀光栅的角度关系
3.4.2 各种衍射光栅及应用
1. 透射光栅与反射光栅
2. 闪耀光栅
3. 光栅光谱仪
4. 波导光栅
5. 光纤光栅的应用
6. 全息光栅
2. 闪耀光栅
由光栅分光原理可知： 各波长零级衍射主极大重合，无色散。不能用于分光； 高级次衍射主极大的光能量较少。使光能量不能集中到分光
的那一级光谱。
Δ 衍射 a(sin sin ) Δ 干涉 d (sin sin )
d m d d cos
② 线色散 dl /d——波长差0.1nm的两条谱线在透镜焦平面 上分开的距离
dl d m f f d d d cos
（2）分辨本领 根据锐利判据，当 + 的 m 级主极大恰好落在 的 m 级主极大旁的第一级极小值处时， 如果 为光栅能分
2d sin 0 mM
主闪耀条件。M闪耀波长；m闪耀级次。 可见闪耀波长和级次由闪耀角0 决定。
m 1， 2d sin 0 b 一级闪耀波长
1
0
1
2
3
3. 光栅光谱仪
S
透射光栅光谱仪
里特罗自准直光谱仪
光谱仪多用反射式，特别是闪耀光栅。主要性能指标： （1）色散本领 ① 角色散 d /d——波长差0.1nm的两条谱线分开的角距离
1. 透射光栅的衍射
R1

R2
dsin d
R1

R2 dsin

d dsin

dsin (a)
(b)
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
2. 反射光栅的衍射
辨的最小波长差，分辨本领定义为：
A Δ
d d cos 用角距离表示： Δ Δ d m Nd cos mN
c. 振幅—相位混合型光栅
（4）按照制备光栅的方法划分
a. 刻画光栅——刀刻光栅和光刻光栅
b. 腐蚀光栅 c. 复制光栅 d. 全息光栅
（5）按照光栅的面型划分
a. 平面光栅——平面反射光栅和平面透射光栅；
b. 凹面光栅——高反射率金属凹面光栅。
（6）正弦光栅
a. 正弦振幅光栅——屏函数的模按正弦函数形式变化； b. 正弦相位光栅——屏函数的辐角按正弦函数形式变化。
R1 dsin d R2 d R1 R2

dsin

dsin

dsin
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
d (sin sin ) m m 0, 1, 2,
3. 光栅方程的本质含义 d sin = m (m = 0, ±1, ±2, …)
光栅周期为d，槽面与光栅平面夹角为 0(闪耀角)，对于 按 角入射的光束，单槽面衍射主极大在 B 方向；而干 射主极大条件：
d (sin sin ) 2d sin

2
cos

2
m
要使 m 级干射主极大条件在单槽面衍射主极大 B 方向， 根据角度关系：
0
（1）按照空间维度划分
a. 平面上的一维光栅 b. 平面上的二维光栅
c. 空间三维立体光栅
（2）按照对入射光的反射和透射作用划分
a. 反射光栅——平面反射光栅，凹面反射光栅，闪耀 光栅和反射式阶梯光栅； b. 透射光栅——平面透射光栅和透射式阶梯光栅。
（3）按照衍射屏屏函数的类型划分
a. 振幅光栅 b. 相位光栅
光栅方程所确定的是：隶属于各级衍射亮条纹、
并且属于不同干涉级的多光束干涉主极大的方位。
从干涉的角度考虑，光栅方程实质上是多光束 干涉主极大条件加上缺级条件。
4. 衍射光栅的分光原理
d sin = m (m = 0, ±1, ±2, …) 给定光栅常数 d ，当用复色光照射时，除零级衍射光 外，不同波长的同一级衍射光不重合，即“色散”，这就 是衍射光栅的分光原理。 对应于不同波长的各级亮线称为光栅谱线，不同波长 光谱线的分开程度随着衍射级次的增大而增大，对于同一 衍射级次而言，波长大者 大，波长小者 小。
3.4 衍射光栅
3.4.1
3.4.2 3.4.3 各种衍射光栅及其应用
3.4.1 概述
衍射光栅应用非常广泛，通常都是基于夫朗和费多缝
衍射效应进行工作。 最早的光栅是夫朗和费在 1819 年制成的金属丝栅网， 现在的一般光栅是通过在平板玻璃或金属板上刻划出一道 道等宽、等间距的刻痕制成的。
1. 光栅的概念
3.4.2 光栅方程
由多缝衍射理论，当光波垂直入射光栅时，衍射图样中
亮线位置由下式决定：
d sin = m
(m = 0, ±1, ±2, …)
—— 光栅方程
当光波斜入射光栅时，光栅方程的普遍表示式
d (sin sin) = m
(m = 0, ±1, ±2, …)
为入射角——入射光与光栅平面法线的夹角； 为衍射角——第 m 级衍射光与光栅平面法线的夹角