衍射光栅yanshe guangshan

利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。狭义地讲，大量互相平行、等宽、等间隔的狭缝即为衍射光栅；广义地讲，任何能等宽、等间隔地分割波阵面的装置，都可称为衍射光栅。光栅的狭缝数量是很大的，一般每毫米几十至几千条。由多光束衍射理论可知，以入射角i射到光栅上的光，在衍射角θ方向上产生主极大（明条纹）的条件是_d(sinθ+sini)=Kλ，其中光栅常数d=狭缝宽度a+狭缝间距b,K=0,±1,±2……是光谱级数，如K=2称为二级光谱，等等。上式是光栅的基本方程，叫光栅方程。但若(a+b)/a=n，则第n,2n,3n……级光谱将消失，这叫缺级现象。值得指出，光栅图样产生的物理机制，是大量单缝衍射图样的干涉结果。利用惠更斯-菲涅耳原理和菲涅耳积分，可以证明屏上某点光强可表示为，I=csin²u/u²)·(sin²Nv/sin²v)，其中u=πasinθ/λ,v=π(a+b)sinθ/λ,N是光栅的总狭缝数。在光栅衍射主极大处，光强是该处单缝衍射光强的N²倍，条纹宽度是单缝条纹的N分之一，故光栅产生的条纹的特点是：强度很大，条纹很窄、彼此间隔很宽。故它的分辨性能是极好的。理论指出，衍射光栅的分辨本领R=λ/△λ=KN。衍射级数K一般不会很大，因而总狭缝数N对光栅分辨本领影响很大。现在光栅技术的一个重要课题就是增大缝数N。
1821年德国科学家J.夫琅和费为了研究太阳光谱，首先制成了光栅，他用细金属丝密排地缠在两个平行的细螺丝上，形如栏栅，故名“光栅”。接着他又改用刻划镀在玻璃上的金属膜的方法制作光栅。1850年，德国工程师F.A.诺贝特对刻制光栅的技术作了重要改进。（但他将此作为职业秘密保守起来）。19世纪末，美国人H.A.罗兰创造了精密的刻划机，并发明了凹光栅，奠定了近代制造优质光栅的基础，迄今刻制光栅的技术已近成熟，我国已能制造满足各种需要的光栅。光栅根据所用的是透射光还是反射光分为透射光栅和反射光栅。反射光栅目前使用最广泛；根据所使用波段范围的不同，光栅刻线密度也有差异，大致是，真空紫外区用1200～3000条/毫米，近紫外和可见区用600～1200条/毫米，近红外区200～300条/毫米，中红外区50～100条/毫米，远红外区5～50条/毫米。现在大多用塑料浇注出与原刻光栅一样的薄膜，制成复制光栅。如果光栅的基底是平面则叫平面光栅；基底是凹面则叫凹光栅，（本身有聚焦作用）。另外还有相光栅、炫耀光栅、阶梯光栅等。