光栅基本原理【下】

闪耀波长（Blaze Wavelength）

当单色光照射到光栅上，各衍射级次均会分得其部分能量，每个级次的衍射效率取决于分配到该级次的光强。由于各种因素的影响，光栅对不同波长光的衍射“效率”并非平均分配。通过改变刻槽的角度、形状和深度可以对衍射效率进行调整。通过改变刻槽形状来实现衍射效率的优化称为闪耀。“闪耀波长”即是光栅衍射效率最高的对应波长。

图5展示的是典型的刻划光栅和全息闪耀光栅的波长—效率曲线。

图5. 刻划光栅（Ruled Grating）和全息闪耀光栅（Blazed Holographic Grating）的衍射效率，两者均为1200 l/mm。

全息光栅（Holographic Gratings）

全息光栅通常由正弦状的干涉条纹显影制成，有时也会借助蚀刻工艺。正弦状刻槽的光栅杂光较少，不过其效率也较低，曲线较平滑，尽管其可以覆盖较宽的光谱范围。全息闪耀光栅是在其干涉显影过程中同时使用蚀刻工艺，或者使用离子束通过对刻槽的二次修整，形成闪耀角。两种工艺中，前者不能产生较强的闪耀；而后者虽然可以得到较高的衍射效率，但其刻槽边缘会形成较为粗糙的微结构，从而形成较强的杂光。Newport集团的Richardson光栅工厂具有同时提供刻划光栅和全息光栅的能力，从而可以为不同波段范围的应用提供闪耀、效率和低杂光的最佳组合产品。

色散（Dispersion）

如果固定光栅方程中的角I，以波长作为变量，可得到：

a x cos D x δD = m x δλ

因此：

δD/δλ是角色散，其与刻线间距a（每毫米刻线数）成反比，与级次m和衍射角D成正比。线色散δL/δλ在单色仪输出狭缝处随出射焦距f和角度D而改变，是焦距和角色散的乘积：

带宽（Bandpass）和分辨率

带宽指连续光源可通过单色仪或光谱仪的光谱宽度。带宽大小主要受线色散和狭缝宽度影响。

单色仪的带宽可通过减小狭缝宽度而达到极限，这一极限值即光谱仪的分辨率，在光谱分析中决定了仪器分辨相邻谱线的能力。对于被恰当光照的光栅，分辨率取决于该光学系统的像差。对于大部分的谱仪，一种有效的最小化像差的方法是只照明入射狭缝的中心区域。

光栅照明（Grating Illumination）和分辨能力

光栅分辨能力R通过波长λ和λ + δλ定义，其中λ + δλ是最接近λ的可分辨的波长。理论上：

其中：δλ = 分辨率，W =被照射的光栅刻线序列宽度

可达到的分辨率通常取决于最小可用狭缝和光学系统像差，而不是光栅自身。

附：

杂散光（Stray Light）

标准单色仪的输出光理论上是单色的，但通常会含有其他无效波长的光。使用滤光片可以去除高阶衍射光，而其他来源的无效波长光即杂散光也需要被消除。部分杂散光称为“重入谱”，其来源在于部分衍射光在光学系统中照射到入射狭缝、准直镜或聚焦镜并返回照射到光栅上。同样，部分衍射光束可能会经由焦平面探测器，如二极管阵列，反射回光谱仪，产生重入谱。

使用双单色仪的方式可显著提高信噪比。

延伸阅读：光栅基本原理【上】

转载请注明出处。