光学工程基础 (64).pdf
精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 1 透射率为常数，透射率为常数，不改变入射光振幅分布不改变入射光振幅分布 改变入射光相位分布改变入射光相位分布 振幅型光栅振幅型光栅 相位型光栅相位型光栅 精密仪器系 二、几种典型的光栅二、几种典型的光栅 振幅透射系数呈现周振幅透射系数呈现周期性变化，相位不变期性变化，相位不变 改变入射光振幅分布改变入射光振幅分布 衍射光栅衍射光栅 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 2 1、平面振幅光栅、平面振幅光栅 透射式平面光栅透射式平面光栅 在透明板上平行刻上等距在透明板上平行刻上等距等宽的刻痕，使其余部分等宽的刻痕，使其余部分透过光的器件。透过光的器件。反射式平面光栅反射式平面光栅 在金属面上在金属面上平行刻上等距平行刻上等距等宽的刻痕等宽的刻痕，使其余使其余部分部分反射光反射光的器件。的器件。精密仪器系 T(x)1 0 a d d+a x d d 矩形光栅：由大量狭缝组矩形光栅：由大量狭缝组 成，成，T(x1)为矩形函数为矩形函数 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 3 光栅的光强分布光栅的光强分布）（IIN/2sinsin(/2)022ai(sinsin)衍射调制衍射调制 di(sinsin)2谱线位置谱线位置 精密仪器系 4030201001050-5-10d/a=4 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 4 中央零级位置中央零级位置 由由干涉项决定干涉项决定：在满足折在满足折/反射定律（即反射定律（即=i）的方向上）的方向上 di(sinsin)0精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 5 问题：问题：当当da 时，时，干涉谱线几乎没有能量干涉谱线几乎没有能量 平面光栅的不足平面光栅的不足：中央零级光强最大中央零级光强最大 其他级次处衍射效率低，不满足光谱分析需要其他级次处衍射效率低，不满足光谱分析需要 解决方法解决方法：将衍射的极大方向变换到高级谱线上：将衍射的极大方向变换到高级谱线上 精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 6 2、闪耀光栅（平面定向光栅）、闪耀光栅（平面定向光栅）dim(sinsin)单个面衍射的中央极大与干涉零级主极大分开，单个面衍射的中央极大与干涉零级主极大分开，改变各主极大相对强度，使某级光谱闪耀改变各主极大相对强度，使某级光谱闪耀 d 光栅面法线光栅面法线 刻划面法线刻划面法线 i 0+1-1 闪耀角闪耀角 刻槽面刻槽面 精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 7 加入刻痕面后，光强最大方向加入刻痕面后，光强最大方向 在满足反射定律在满足反射定律(=)方向方向 对光栅而言，使某级对光栅而言，使某级（如（如 m=1）光谱得到闪耀）光谱得到闪耀 精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 8 精密仪器系 闪耀光栅两种应用方式：闪耀光栅两种应用方式：在垂直于光栅面的方向上入射在垂直于光栅面的方向上入射 在在 方向上闪耀方向上闪耀 dim(sinsin)dmsin2i02当当m=1时，对应时，对应 =B 称为（一级）闪耀波长称为（一级）闪耀波长 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 9 自准自准直入射直入射 （入射光沿刻痕面法线方向）（入射光沿刻痕面法线方向）在在 i 方向上闪耀方向上闪耀 =dm2 sin确定的角度方向和闪耀波长确定的角度方向和闪耀波长 i （闪耀角闪耀角）自准自准直直条件条件 衍射分布的峰值正好在衍射分布的峰值正好在 方向上方向上 =dim(sinsin)=dB2 sin精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 10 应用时，应用时，根据根据 B B，确定确定。闪耀光栅中，闪耀光栅中，da在中央衍射级中只有一级光谱存在在中央衍射级中只有一级光谱存在 当当m=2,3 时，光栅对时，光栅对 的波长闪耀的波长闪耀 BB/2,/3=dB2 sin精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 11 用于激光选模技术中的反射式闪耀光栅用于激光选模技术中的反射式闪耀光栅 精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 12 3 3、正弦（振幅型）光栅、正弦（振幅型）光栅 正弦光栅正弦光栅：透射系数：透射系数T(x1)按余按余/正弦函数变化正弦函数变化 振幅透射率振幅透射率 dt xBx()1cos()2111.00.80.60.40.20.020151050精密仪器系 光振幅透射率光振幅透射率 通过记录两束有一定夹角通过记录两束有一定夹角 的平面波的干涉图而获得的平面波的干涉图而获得 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 13 N个缝的正弦光栅衍射是单缝衍射与多缝干涉的综合结果个缝的正弦光栅衍射是单缝衍射与多缝干涉的综合结果 单位振幅平面波垂直照明光栅单位振幅平面波垂直照明光栅 xdt xdBxxd2 0 N()21+cos 2N1111精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 14 精密仪器系 不影响干涉因子，只影响衍射因子不影响干涉因子，只影响衍射因子 平面波入射时，一个栅缝的衍射为：平面波入射时，一个栅缝的衍射为：E xt x()()11dfE xBxikxdxxsdd()(1cos)exp()221112精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 15 fdxdsindBBddfE xixixikxdxBBxsdd22sinsin()sin()22()1exp()exp()exp()22211112精密仪器系 精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 16 精密仪器系 正弦光栅衍射图样的强度分布正弦光栅衍射图样的强度分布 IIBBN22sin/2()sinsin()sin()sin/2022dsin2精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 17 I IBBN=44sin/2()sinsin()sin()sin/20222222（当（当 N 很大时，忽略交叉项）很大时，忽略交叉项）精密仪器系 181614121086420-2432100 5 10 15 20-0.4-0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 角半宽度角半宽度 Nd精密仪器与机械学系精密仪器与机械学系 18 I IBBN=44sin/2()sinsin()sin()sin/20222222精密仪器系 0,dsin 衍射强度分布曲线图衍射强度分布曲线图 （0，1级，三个谱线）级，三个谱线）
