闪耀光栅和反射式阶梯光栅课件.ppt

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1、3.4衍射光栅3.4.1概述3.4.2光栅方程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.

2、光栅的分类（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

3、变化；b.正弦相位光栅——屏函数的辐角按正弦函数形式变化。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：dsin=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1.透射光栅的衍射dR2R1dsindsin(a)dR2R1dsindsin(b)2.反射光栅的衍射dR2R1dsindsindR2R1dsindsin3.光栅方程的本质含

4、义dsin=m(m=0,±1,±2,…)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dsin=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。3.4.2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.

5、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。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d反射型d衍干衍射主极大方向干涉主极大方向透射型反射式闪耀光栅的角度关系d00dsinN(光栅面法线)A(入射光方向)n(刻槽面法线)B(最大强度衍射光方向)光栅平面光栅周期为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

6、主极大条件：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：B方向是单槽面衍射主极大方向：所以可求得：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。因此：当沿槽面法线方向入射时：===0、此时：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。10123一级闪耀波长3.光栅光谱仪透射光栅光谱仪S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：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①角色散d/d——波长差0.1nm的两条谱线分开的角距离（

7、1）色散本领（2）分辨本领用角距离表示：例如：光栅宽度60mm，1200条/mm，A=72000对于=0.6m的红光：=8.3106m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为光栅能分辨的最小波长差，分辨本领定义为：（3）自由光谱范围——光谱不重叠的区域。即波长的入射光的第m级衍射，只要其谱线宽度小于=/m，就不会发生与的(m-1)或(m+1)级衍射光重叠的现象。当的m级光谱与的m1级