衍射光栅是一种分光光学元件,它能把不相同的色彩(波长)的光在空间上依照必定规则散开来。
一般光栅是由玻璃或其它光学资料外表上制造的具有周期性的刻线或凹槽构成。这种具有外表浮雕结构的光栅用得最多。另一种是在光学资料内部构成的光学折射率周期性改变的光栅,叫体光栅。光栅的刻线密度一般每毫米几十至几千条,乃至上万条。光栅的刻线多数是平直且平行的,周期是不变的,但有时为消除或补偿光学系统的像差,也把光栅的刻线做成弯的、周期按必定规则改变的,这种光栅叫消像差光栅或平焦场光栅。
光栅大体上分为反射光栅和透射光栅两类。反射光栅外表要镀制反射膜,以添加光栅的肯定衍射功率;透射光栅要求其基板资料在作业波段内要有高的透过率和均匀的折射率。光栅的周期、衍射功率和槽形结构等参数要根据其所使用的作业波段和光学系统来进行规划。
光栅方程能表征光栅的衍射特性,能够由几许光学及电磁理论推导出来,是有关衍射光栅性质核算的根底,具有十分重要的价值。其一般方式如下:
式中d是光栅周期(或光栅常数),λ是波长,m(=0,±1,±2,±3……)是主极大的级次,θi和θm分别是入射角和衍射角。
入射角是指入射光线与光栅法线间的夹角,衍射角是衍射光线与光栅法线间的夹角。视点符号的挑选准则(或习气)是:当入射光和衍射光坐落光栅法线同侧时取+号,反之取-号。
当光经过小孔或狭缝时,光会发生衍射,并且缝越窄,衍射现象越显着。平行光照耀单缝后,经透镜聚集在屏幕上构成单缝衍射条纹。
关于具有N个狭缝的光栅,在平行光照耀下,每个狭缝都要发生各自的衍射条纹。虽然各狭缝的方位不同,但因为屏幕放在透镜的焦平面处,这N组衍射条纹将经过透镜彻底重合,好像单个狭缝所构成的衍射条纹相同。
因为各狭缝都处在同一波阵面上,相邻两缝一切的对应点发射的子波抵达集聚点的光程差都是持平的,所以经过一切狭缝的光都是相干光,在屏幕上快聚点处还将呈现相干叠加,构成干与条纹,这便是多缝干与。
光栅衍射的原理正是根据单缝衍射和多缝干与叠加的作用。N个单缝衍射光在屏幕上堆叠时,缝与缝之间的衍射光将会发生干与,其干与条纹的明暗散布取决于两个相邻缝到集聚点光程差。
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