衍射光栅

[拼音]：yanshe guangshan

[外文]：diffraction grating

一种由密集、等间距平行刻线构成的光学器件。分反射和透射两大类。它利用多缝衍射和干涉作用，将射到光栅上的光束按波长的不同进行色散，再经成像镜聚焦而形成光谱。天文仪器中应用较多的是反射光栅，它的基底是低膨胀系数的玻璃或熔石英，上面镀铝，然后把平行线刻在铝膜上。图为高倍率放大的光栅刻槽面形状，光栅色散可用方程mλ=C(sini+sin嗞)描述，式中i为入射角，取正值，嗞为衍射角。当衍射光与入射光在光栅法线同一侧为正，反之为负；C为光栅常数，m为一个整数。当入射角i给定时，对于满足光栅方程的每个m值，都有相应的m级光谱。每个波长的光能量分散在诸光谱级中。现代刻制光栅的技术，能使所有刻线槽截面具有相同的、严格规定的形状和尺寸。选择适当入射角，可使所需的波长及其邻近波段的绝大部分(达70％)的光能量集中到预定的光谱级中。这种集中光能量的性质称为“闪耀”。起衍射作用的刻线槽面与光栅面的夹角β，称为闪耀角。具有这种性质的光栅称为闪耀光栅或定向光栅。另一方面，满足m1λ1=m2λ2……的不同光谱级次的谱线，在焦面上重迭。同所需谱线重迭的其他谱线，一般用有色玻璃隔去。光栅角色散，理论分辨本领R=λ/δλ=mN。此处δλ为可分辨的最小光谱单元宽度，N为刻线总数。

衍射光栅的精度要求极高，很难制造，但其性能稳定，分辨率高，角色散高而且随波长的变化小，所以在各种光谱仪器中得到广泛应用。天文光学仪器应用的光栅主要有：

（1）平面反射光栅：刻线密度一般每毫米300～1，500线，最常用的是每毫米600线，光谱级m≤5。折轴恒星摄谱仪要求尽可能高的聚光能力，光栅面积愈大愈好，在低光谱级次工作。而太阳摄谱仪要求高色散和高分辨率，使用较高的光谱级次。目前使用有效的光栅刻线面的宽度在200～300毫米，最大可达600毫米。

（2）中阶梯光栅：是刻线密度较低的平面反射光栅，最常用的刻线密度是每毫米79线，具有较好的定向性能，闪耀角通常取为63°26＇，工作于高光谱级次(m≈40)。利用色散方向与它垂直的平面光栅分开重迭级次，可以得到二维结构的光谱图，应用到像管摄谱仪十分有利。由于中阶梯光栅的角色散是平面光栅的二倍或更多，因此使用它的摄谱仪结构紧凑。

（3）透射光栅：用作物端光栅。如将透射光栅刻制在棱镜斜面上，即成非物端光栅，多用于大望远镜。

参考书目

Methods　of　Experimental Physics