3.光譜儀器的色散系統(tǒng)-光柵

3.光譜儀器的色散系統(tǒng)—光柵第一頁(yè)，共85頁(yè)。平面衍射光柵第二頁(yè)，共85頁(yè)。第三頁(yè)，共85頁(yè)。1、光柵的角色散率（色散本領(lǐng)）1）光柵的角色散率與光譜級(jí)次m成正比。由光柵方程對(duì)于給定的光柵，可觀察的最高級(jí)次是有限的，為：兩邊取微分角色散率一、平面衍射光柵的基本特性討論第四頁(yè)，共85頁(yè)。特別地，當(dāng)衍射角很小時(shí)2）減小光柵常數(shù)(d)可以增大角色散率，與刻槽總數(shù)N無(wú)關(guān)；可見(jiàn)，在衍射角很小時(shí)，角色散率不隨波長(zhǎng)而改變，波長(zhǎng)與衍射角成線性關(guān)系，有利于精確測(cè)定波長(zhǎng)。即3）光柵的角色散率與衍射角余弦成反比，增大衍射角可以增大角色散率。第五頁(yè)，共85頁(yè)。例題1：解：第六頁(yè)，共85頁(yè)。2、光柵的分辨率設(shè)入射、出射的光束都位于光柵的主截面并光束為正入射，即i=0根據(jù)瑞利判據(jù)，設(shè)理想光柵剛好能夠分辨的波長(zhǎng)差為第七頁(yè)，共85頁(yè)。有波長(zhǎng)為的m級(jí)主亮紋位置為根據(jù)瑞利判據(jù)即波長(zhǎng)為λ的m級(jí)主極大的第一極小值滿足條件第八頁(yè)，共85頁(yè)。若將光柵方程的m代入分辨率公式，得到：即分辨率是衍射角的函數(shù)，可以應(yīng)用光柵常數(shù)較大的光柵，在高衍射級(jí)次（大衍射角）獲得高分辨率。在入射角接近衍射角的條件下即光柵的分辨率與光譜級(jí)次m和光柵刻線總數(shù)N成正比。（其中W＝Nd為光柵刻劃面寬度）第九頁(yè)，共85頁(yè)。對(duì)于500nm波長(zhǎng)，對(duì)于光柵1,最高衍射級(jí)次為m1，取13，分辨率為例題2：有2塊光柵，分別為300線/mm，刻劃寬度為120mm和1200線/mm，刻劃寬度為30mm，在500nm處比較它們的最高分辨率?？偪叹€數(shù)N相同，均為例如：中階梯光柵，刻線密度為79線對(duì)/mm，但應(yīng)用很高的衍射級(jí)次（m取10～100），仍可或得高分辨率.解：對(duì)于光柵2,最高衍射級(jí)次為m2=，取3，分辨率為第十頁(yè)，共85頁(yè)。3、光柵的疊級(jí)和自由光譜范圍由光柵方程，在給定光柵和入射角條件下，同一衍射角方向可以有不同級(jí)次不同波長(zhǎng)的光譜重疊。級(jí)次m越大，光譜的重疊現(xiàn)象越嚴(yán)重，沒(méi)有重疊的光譜波段范圍越小。第十一頁(yè)，共85頁(yè)。可由兩個(gè)相鄰的級(jí)次能夠重疊的譜線波長(zhǎng)差求出：例：對(duì)于500nm應(yīng)用100級(jí)時(shí)，自由光譜范圍僅為5nm一個(gè)光譜級(jí)中不被其他級(jí)次光譜重疊的波段稱(chēng)為自由光譜范圍。措施：濾光片，常用前置棱鏡或光柵色散器，前置色散器的色散方向和主儀器的色散方向互相垂直。即光柵的自由光譜范圍與光譜的衍射級(jí)次成反比。第十二頁(yè)，共85頁(yè)。4、光柵的橫向放大率光柵在主截面內(nèi)的橫向放大率與棱鏡一樣，決定于入射光束入射角余弦和衍射光束衍射角余弦之比。i=0時(shí)，零級(jí)光譜的橫向放大率為1，零級(jí)光譜兩邊正負(fù)光譜級(jí)的橫向放大率隨著衍射角增大而增大。由得第十三頁(yè)，共85頁(yè)。

正入射時(shí)相隔光柵周期寬度的兩衍射光束相位差的一半根據(jù)《物理光學(xué)》，光柵光譜面上任一點(diǎn)的光強(qiáng)為：二、反射式定向光柵正入射時(shí)相隔刻槽寬度的兩衍射光束相位差的一半當(dāng)u=v=0，即入射角與衍射角都為0時(shí)光強(qiáng)最大，零級(jí)主極大的強(qiáng)度最大，集中了80%以上的光能量,但零級(jí)光譜無(wú)色散，對(duì)光譜分析無(wú)用，反而會(huì)增加雜散光，形成干擾。第十四頁(yè)，共85頁(yè)。(a)為普通光柵，光能集中在零級(jí)；(b)為定向光柵或小階梯光柵或閃耀光柵，單縫衍射的第一極小與光柵衍射的零級(jí)重合，單縫衍射的主極大與光柵衍射的m=-2級(jí)主極大重合，能量集中在第二級(jí)光譜。第十五頁(yè)，共85頁(yè)。（1）使所預(yù)設(shè)要求的光柵衍射光方向置于溝槽小反射鏡（即截面A）的零級(jí)主極大方向(即鏡面反射光方向)；為了使光柵能量集中到預(yù)設(shè)的級(jí)次波長(zhǎng)范圍內(nèi)，須滿足兩方面條件：（2）將光柵的零級(jí)主極大置于以溝槽小反射鏡為單縫衍射的一級(jí)極小位置。1、定向光柵原理第十六頁(yè)，共85頁(yè)。條件（1）：如圖，使所要求的光柵衍射光方向與截面A的鏡面反射光(即零級(jí)主極大)方向重合。各角度關(guān)系為：（角度正負(fù)號(hào)規(guī)定）從光線到法線順時(shí)針為正即滿足聯(lián)立條件第十七頁(yè)，共85頁(yè)。代入光柵方程，得由此可以根據(jù)預(yù)定的光譜級(jí)次、波長(zhǎng)、入射角計(jì)算光柵所需要的閃耀角整理得：或第十八頁(yè)，共85頁(yè)。由于條件（2）：根據(jù)使光柵零級(jí)主極大衍射方向與截面A作為單縫衍射第一衍射極小方向重合。代入單縫衍射公式有在計(jì)算得到閃耀角α后，可以計(jì)算截面寬度a即聯(lián)立第十九頁(yè)，共85頁(yè)。一般規(guī)定m=1時(shí)的波長(zhǎng)為閃耀波長(zhǎng)。閃耀波長(zhǎng)和閃耀方向：對(duì)于確定的光柵，在一定的入射角，其衍射角方向和截面反射方向相符合的波長(zhǎng)稱(chēng)為光柵的閃耀波長(zhǎng)，衍射角稱(chēng)為光柵的閃耀方向。為了確定閃耀波長(zhǎng)，將光柵方程改寫(xiě)為：2、閃耀波長(zhǎng)第二十頁(yè)，共85頁(yè)。在李特洛裝置下，稱(chēng)主閃耀條件此時(shí)，閃耀波長(zhǎng)為閃耀波長(zhǎng)第二十一頁(yè)，共85頁(yè)。光柵的衍射效率光柵的效率與偏振效應(yīng)有關(guān)。電矢量垂直光柵刻槽的入射光，一般在大于閃耀波長(zhǎng)的光譜范圍具有較高的效率；電矢量平行于刻槽的入射光，在小于閃耀波長(zhǎng)的光譜范圍具有較高效率；兩種偏振光的效率峰值波長(zhǎng)不同，因此若入射光為自然光，經(jīng)光柵衍射后會(huì)發(fā)生偏振，稱(chēng)為光柵的偏振效應(yīng)。絕對(duì)效率：在給定的光譜級(jí)次中，衍射光通量與入射的單色光通量之比。絕對(duì)效率除以光柵表面鍍層的反射率為相對(duì)效率。第二十二頁(yè)，共85頁(yè)。第二十三頁(yè)，共85頁(yè)。光柵的異常光柵效率的異常會(huì)導(dǎo)致被觀測(cè)光譜中引入假的“峰”和“谷”，在研究吸收光譜時(shí)容易與物質(zhì)的吸收帶相混淆，因此必要了解光柵產(chǎn)生異常的位置和形狀。效率隨波長(zhǎng)變化的曲線并不是光滑的，在很窄的光譜范圍內(nèi)效率有很突然的變化，稱(chēng)為“伍德異常”；異常與入射光的偏振狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)電矢量垂直于光柵刻槽的偏振異常最突出。第二十四頁(yè)，共85頁(yè)。第二十五頁(yè)，共85頁(yè)。與棱鏡類(lèi)似，實(shí)際的光譜儀器中狹縫都是具有一定高度的，從狹縫上非主截面內(nèi)的點(diǎn)發(fā)出的光線都是以不同的角度傾斜入射到光柵面上，經(jīng)光柵后衍射光束也不在主截面內(nèi)，因此也會(huì)導(dǎo)致譜線的彎曲。注意：光柵方程是光線在光柵主截面內(nèi)(過(guò)光柵中心垂直于光柵刻線的平面)入射衍射條件下得到的。三、光柵方程的一般形式與譜線彎曲第二十六頁(yè)，共85頁(yè)。總光程差為相鄰衍射光程差為相鄰入射光程差為狹縫端點(diǎn)s’發(fā)出的斜射光線s’o通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，衍射光線為s’’o；s’o的相鄰平行光t’入射到光柵上P點(diǎn)yoz平面與光柵面重合，y軸平行于光柵刻槽，則xoz為主截面，x軸為法線方向。1、光柵方程的一般形式（斜入射情況）分別為入射、衍射光束在主截面投影與光柵法線x軸夾角為入射光束與光柵主截面夾角第二十七頁(yè)，共85頁(yè)。稱(chēng)為向量?的方向余弦,記為(l,m,n)的計(jì)算：?zxyOP(0,y,z)A第二十八頁(yè)，共85頁(yè)。設(shè)入射光束的方向余弦為l,m,n；衍射光束的方向余弦為l’,m’,n’則對(duì)于通過(guò)P、O點(diǎn)的相鄰光柵刻線，間隔z就是光柵常數(shù)d，因而光程差對(duì)于任意y應(yīng)該相同。即因此（l→x，m→

y，n→

z）極大條件第二十九頁(yè)，共85頁(yè)。分別為入射、衍射光束在主截面投影與光柵法線的夾角為入射光束與光柵主截面夾角根據(jù)幾何關(guān)系z(mì)=d以及得到斜入射光線的光柵方程即光柵方程的一般形式為：（先投影在xoz面再投z方向）第三十頁(yè)，共85頁(yè)。對(duì)于高度為h/2的端點(diǎn)有根據(jù)光柵方程對(duì)于狹縫中點(diǎn)的出射光束2、光柵譜線彎曲第三十一頁(yè)，共85頁(yè)。整理并取近似得到兩衍射角的差值為因?yàn)楠M縫高度一般不大，而焦距較長(zhǎng)，因此比較小，將級(jí)數(shù)展開(kāi)后略去高次項(xiàng)，得到兩衍射角的正弦差為則第三十二頁(yè)，共85頁(yè)。2)在同一級(jí)光譜中，波長(zhǎng)越長(zhǎng)，衍射角越大，因此光柵譜線產(chǎn)生的譜線彎曲是彎向長(zhǎng)波區(qū)域。1)由上式可知隨狹縫高度增加，增大，因此也增大，即在非主截面內(nèi)的光束衍射角大于主截面內(nèi)的光束衍射角，從而形成譜線彎曲。結(jié)論第三十三頁(yè)，共85頁(yè)。譜線彎曲矢高：頂點(diǎn)處曲率半徑：（拋物線狀）第三十四頁(yè)，共85頁(yè)。凹面衍射光柵第三十五頁(yè)，共85頁(yè)。第三十六頁(yè)，共85頁(yè)。采用刻劃方式加工的凹面光柵存在較嚴(yán)重的像散像差（由于刻槽間距在凹面的弦位置等分，在球面位置不再等分）；而采用全息方法可以很好的減小這種系統(tǒng)誤差。凹面光柵：制造在凹面的球面或非球面的反射式光柵，特點(diǎn)是將衍射光柵的色散作用和凹面反射鏡的聚焦成像作用結(jié)合。優(yōu)勢(shì)：可以省略準(zhǔn)直和聚焦成像系統(tǒng)，簡(jiǎn)化儀器結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)紫外和紅外光譜區(qū)十分有利。第三十七頁(yè)，共85頁(yè)。一、光程表示式光程表示為光線通過(guò)的物方和象方空間兩點(diǎn)的坐標(biāo)函數(shù)設(shè)狹縫點(diǎn)A(a,b,c)發(fā)出的光線落在光柵相隔一個(gè)刻槽間距的P(x,y,z)和P1(x,y+d,z)點(diǎn)，經(jīng)衍射成像于A’(a’,b’,c’)，狹縫中點(diǎn)及其象的坐標(biāo)為A0(a,b,0)和A0’(a’,b’,0)光柵的球面方程可寫(xiě)為坐標(biāo)系：原點(diǎn)位于凹面光柵球面頂點(diǎn)；x軸與頂點(diǎn)位置的法線重合；y軸垂直于光柵刻槽。則光柵的曲率中心e位于x軸，曲率半徑oe=ρ第三十八頁(yè)，共85頁(yè)。主截面上，對(duì)于凹面頂點(diǎn)O，入射角、衍射角分別為根據(jù)凹面光柵的球面方程以及級(jí)數(shù)展開(kāi)略去高階小量，可以求出（推導(dǎo)見(jiàn)《光譜儀器原理》P65）點(diǎn)A到A’的光程為或者主截面上情況第三十九頁(yè)，共85頁(yè)。又所以第四十頁(yè)，共85頁(yè)。由光柵球面方程得第四十一頁(yè)，共85頁(yè)。x略去四級(jí)以上小量,取近似第四十二頁(yè)，共85頁(yè)。第四十三頁(yè)，共85頁(yè)。第四十四頁(yè)，共85頁(yè)。將s代入，略去y、z的四級(jí)高階小量，整理得一次方項(xiàng)二次方項(xiàng)第四十五頁(yè)，共85頁(yè)?？紤]狹縫中點(diǎn)發(fā)光情況(子午面，即xoy面內(nèi))，c=0,z=0，只考慮一次項(xiàng)。第四十六頁(yè)，共85頁(yè)。凹面光柵主截面衍射主極大的條件為凹面光柵主截面外的衍射主極大的條件為二、凹面光柵方程（與平面光柵相同）凹面光柵主截面上相鄰兩光線的光程差為與平面光柵一樣存在譜面彎曲(d應(yīng)該是在弦上的投影)第四十七頁(yè)，共85頁(yè)。狹縫中點(diǎn)發(fā)出的在主截面(即子午面xoy面)內(nèi)的光束，有c=0,z=0，只考慮到二次項(xiàng)，略去高次項(xiàng)有：三、凹面光柵聚焦條件A點(diǎn)發(fā)出的確定波長(zhǎng)的光線，不論入射角度如何，在A’點(diǎn)都形成衍射主極大，即A’與A點(diǎn)共軛。第四十八頁(yè)，共85頁(yè)。要獲得清楚、明銳的譜線，入射狹縫、象以及凹面光柵三者的位置必須滿足關(guān)系式:與只考慮一次項(xiàng)相比，只有Δ1=0時(shí)A’才是A的象，但y≠0令凹面光柵的聚焦條件:第四十九頁(yè)，共85頁(yè)。令公式的兩項(xiàng)分別為零整理得到討論滿足條件式的解：1、羅蘭圓裝置第五十頁(yè)，共85頁(yè)。上式為圓的方程，圓直徑為光柵的曲率半徑，稱(chēng)此圓為羅蘭圓。如果狹縫點(diǎn)A位于羅蘭圓上，則光線經(jīng)光柵衍射后形成的主極大點(diǎn)也位于羅蘭圓上。當(dāng)自點(diǎn)A發(fā)出的光線含有不同波長(zhǎng)時(shí)，按照聚焦條件，這些點(diǎn)都位于羅蘭圓上，因此在羅蘭圓上可以得到A點(diǎn)光源的光譜。按照這個(gè)條件放置狹縫、光柵及底片或出射狹縫的裝置稱(chēng)為羅蘭裝置。在羅蘭圓條件中沒(méi)有光柵常數(shù)d，說(shuō)明曲率半徑相同d不同的光柵具有相同的羅蘭圓。第五十一頁(yè)，共85頁(yè)。2、瓦茨沃斯裝置如果用平行光束照明光柵聚焦條件，同樣可以得到滿足，將代入聚焦條件，得到整理得按此條件安排的稱(chēng)為瓦茨沃斯裝置。如果將底片或出射狹縫放在光柵的正對(duì)面，對(duì)于中點(diǎn)的光線來(lái)說(shuō)，，則公式簡(jiǎn)化為此為拋物線方程，這時(shí)聚焦曲線為拋物線，要在整個(gè)底片上形成清晰的譜線，需要將底片按照上面條件彎曲。第五十二頁(yè)，共85頁(yè)。保持入射狹縫位置以及入射和衍射光線間的夾角不變，在一定范圍內(nèi)r’值也不變，這類(lèi)裝置稱(chēng)為羅蘭圓外裝置。這時(shí)入射狹縫和光譜線都不在羅蘭圓上。瀨谷研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滿足下面條件時(shí)，r’基本保持不變可得改寫(xiě)公式（為聚焦條件的一般解）3、羅蘭圓外裝置（又稱(chēng)Seya-Namioka瀨谷-波岡裝置）第五十三頁(yè)，共85頁(yè)。前面分析衍射極大值和聚焦條件時(shí)，只考慮主截面內(nèi)的光線，并略去高次項(xiàng)。這些高次項(xiàng)表征凹面光柵的像差，凹面光柵的像差主要有像散、球差、彗差。四、凹面光柵的像散第五十四頁(yè)，共85頁(yè)?？紤]狹縫中點(diǎn)發(fā)出的弧矢細(xì)光束的聚焦條件，光程表達(dá)式考慮與z有關(guān)的項(xiàng)，略去高次項(xiàng)，得到光程差其中，為前面討論的凹面光柵的聚焦條件，與前面分析相同如果使凹面光柵準(zhǔn)確聚焦，需要，弧矢光束才能匯聚在同一衍射級(jí)次的主極大位置。1、像散第五十五頁(yè)，共85頁(yè)。但該式與前面聚焦條件推導(dǎo)出的下式不可能同時(shí)成立，說(shuō)明子午光束焦點(diǎn)與弧矢光束焦點(diǎn)是分離的，也就是凹面光柵將產(chǎn)生像散。即得到子午光束衍射后聚焦在羅蘭圓上，在A’處形成一焦線，長(zhǎng)度用表示弧矢光束聚焦在羅蘭圓外的A’s處，羅蘭圓上面光源A、子午焦線A’及弧矢焦線A’s關(guān)系見(jiàn)圖(b)第五十六頁(yè)，共85頁(yè)。像散用沿光軸測(cè)量的弧矢焦點(diǎn)和子午焦點(diǎn)間距離r’st來(lái)量度。物點(diǎn)A與子午像點(diǎn)A’都位于羅蘭圓上，因此滿足關(guān)系：弧矢根據(jù)的聚焦條件因?yàn)榇胝淼玫较笊橛械谖迨唔?yè)，共85頁(yè)。簡(jiǎn)化整理得到：由于像散，入射狹縫中點(diǎn)發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光柵衍射后在羅蘭圓上不是匯聚于同一焦點(diǎn)，而拉長(zhǎng)成一天平行于光柵刻槽的短焦線。當(dāng)入射狹縫高度方向與光柵刻槽方向平行，不考慮譜線彎曲時(shí)，像散不影響譜線的清晰度，而影響譜線沿長(zhǎng)度方向的光強(qiáng)分布。第五十八頁(yè)，共85頁(yè)。將表達(dá)式代入上式，整理后得到從圖可以求出A’處子午焦線的長(zhǎng)度，設(shè)刻槽全長(zhǎng)為H，焦線長(zhǎng)度為則第五十九頁(yè)，共85頁(yè)。由上式可知：凹面光柵產(chǎn)生像散與入射角、衍射角及光柵刻槽的長(zhǎng)度H有關(guān)。如圖為計(jì)算得到的1200線對(duì)/mm的光柵在羅蘭圓裝置中像散與入射角、衍射角的關(guān)系圖，象散用Q作為表征。虛線：對(duì)應(yīng)某波長(zhǎng)的入射角、衍射角關(guān)系；

實(shí)線（等高線）：像散Q值的變化（實(shí)線所標(biāo)數(shù)值）。利用該圖可以確定某波長(zhǎng)在衍射角處Q值大小；也可以根據(jù)Q值要求反向選擇適當(dāng)?shù)娜肷洹⒀苌浣?，作為確定光柵位置的依據(jù)。第六十頁(yè)，共85頁(yè)。采用瓦茨沃斯裝置時(shí)，在0度衍射角附近彗差波像差為0。采用羅蘭圓裝置時(shí)，對(duì)于羅蘭圓上面的點(diǎn)，球差和彗差的波像差比較小機(jī)械刻劃方式得到的普通凹面光柵無(wú)法消除球差和彗差，只能設(shè)法減小2、球差和彗差第六十一頁(yè)，共85頁(yè)。五、凹面光柵光譜的基本特征角色散與平面光柵一樣，將光柵方程對(duì)于入射光線、衍射光線都位于主截面的情況，為衍射光主光線與焦面法線的夾角，如圖色散長(zhǎng)度為：將角色散率代入有：1、角色散和線色散微分得到:第六十二頁(yè)，共85頁(yè)。

則對(duì)于羅蘭圓裝置結(jié)論：凹面光柵的線色散率與其曲率半徑成正比，一般的凹面光柵的曲率半徑為0.5m~12m，常用的曲率半徑有1,2,3,6m第六十三頁(yè)，共85頁(yè)。凹面光柵的分辨率為R=mN，當(dāng)刻劃寬度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，像差會(huì)導(dǎo)致分辨率下降，因此不能象平面光柵一樣通過(guò)增加總刻槽數(shù)目N來(lái)提高分辨率。分析刻劃寬度需要考慮光程公式中x坐標(biāo)的影響，AP點(diǎn)的光程：研究羅蘭圓裝置主截面(子午面)內(nèi)情況有：利用二項(xiàng)式展開(kāi)，整理得到：2、分辨率及刻劃寬度寬度？分辨率第六十四頁(yè)，共85頁(yè)。因此，可以通過(guò)確定x的允許值確定允許的光柵寬度y。這是由于在滿足羅蘭圓聚焦條件的裝置中，羅蘭圓直徑等于凹面光柵的半徑，因此，凹面光柵表面只有中心一小部分可以認(rèn)為與羅蘭圓重合。及羅蘭圓聚焦條件代入得到將入射角、衍射角關(guān)系式光柵寬度增加使中心以外部分越偏離羅蘭圓，x2項(xiàng)的影響越大按照瑞利條件，如果附加光程差不大于λ/4可以認(rèn)為象不失真，即需要滿足條件出現(xiàn)附加項(xiàng)為x2影響，它使狹縫象失真第六十五頁(yè)，共85頁(yè)。在主截面內(nèi)的球面方程為相對(duì)y，x2為小量，可近似為即代入得2）對(duì)于給定波長(zhǎng)，采用大衍射角（增大）時(shí)，光柵的刻劃寬度需要減小。1）曲率半徑大的光柵，其允許的刻劃寬度更大；結(jié)論：第六十六頁(yè)，共85頁(yè)。凹面光柵會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的象散像差，所以在狹縫象（光譜線）上光強(qiáng)分布不均勻；存在譜線彎曲時(shí)，或狹縫與刻槽方向不平行時(shí)，譜線強(qiáng)度的分布更加復(fù)雜。只討論狹縫平行于光柵刻槽，狹縫象位于羅蘭圓上的子午光束垂直焦線的情況。如圖，狹縫端點(diǎn)A發(fā)出的子午光束經(jīng)過(guò)衍射后聚焦在A’，考慮光程表示式中的c,z項(xiàng)，只考慮一次方項(xiàng)，光程式可寫(xiě)為：六、狹縫象的光強(qiáng)分布第六十七頁(yè)，共85頁(yè)。有為不改變光柵方程主極大條件，應(yīng)滿足：當(dāng)狹縫的全高度為h，則象高h(yuǎn)’為：與凹面鏡一樣，凹面光柵可以產(chǎn)生放大率為的倒像放大率像散導(dǎo)致的焦線長(zhǎng)度第六十八頁(yè)，共85頁(yè)。減小光柵本身的象散或在儀器中校正象散是凹面光柵光譜儀器的一項(xiàng)主要研究方向。實(shí)際譜線還存在彎曲，凹面光柵的象散和譜線彎曲一起造成譜線增寬，降低儀器分辨本領(lǐng)；在用于單色儀時(shí)，使輸出光束的單色性變壞，光能減弱；光譜線沿著狹縫高度方向強(qiáng)度是不均勻的；第六十九頁(yè)，共85頁(yè)。1、一般要求：七、光柵的制造與其他光學(xué)元件一樣，光柵的制造會(huì)引入多種誤差和缺陷，包括光柵基底的面形誤差、刻槽間距、平行性、深度、表面粗糙度等。這些缺陷會(huì)導(dǎo)致衍射波面變形、影響衍射主亮紋強(qiáng)度分布，降低分辨率，雜散光和鬼線等。（1）基底鍍寬光譜高反射率材料；（2）波面變形小于1/4波長(zhǎng)；（3）刻槽間距誤差最好在1/100光柵周期以內(nèi)。第七十頁(yè)，共85頁(yè)。母光柵上涂油膜→鍍鋁膜→用樹(shù)脂粘在基底上。使用同一塊母光柵可以大批量生產(chǎn)出光柵參數(shù)相同的復(fù)制光柵，所以復(fù)制光柵的成本低，且制作周期較刻劃光柵短得多。（2）壓模復(fù)制法（速度快）但速度慢，精度受機(jī)械、振動(dòng)、溫度等影響，容易產(chǎn)生刻劃缺陷，形成鬼線（假譜線）、雜光。在一塊極其平整的毛壞上鍍上鋁層，由光柵刻劃?rùn)C(jī)（金剛石刻刀）刻上平行、等寬而又等距的線槽。是母光柵加工的基本方式，可以得到銳利的截面輪廓線。（1）機(jī)械刻劃法2、制作方法：第七十一頁(yè)，共85頁(yè)。缺點(diǎn)是：衍射效率較低?？滩劢孛嬉话銥榻普遥坌尾痪邆溟W耀條件，采用“離子蝕刻”技術(shù)的全息光柵，使光柵衍射效率得到較大提高。a.無(wú)鬼線，雜散光小，不受刻劃?rùn)C(jī)械精度影響，可以制造高密度大面積光柵及凹面光柵。用兩束激光做光源，形成干涉條紋，對(duì)基底表面的光敏物質(zhì)進(jìn)行曝光，顯影而成，有以下優(yōu)點(diǎn)：（3）全息方法（光刻，半導(dǎo)體工藝）holographicgrating

b.分辨率高。由于全息技術(shù)使光柵刻線總數(shù)大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅度得到提高。第七十二頁(yè)，共85頁(yè)。制成方法:(1)在玻璃坯件上涂上一層給定型厚度的光致抗蝕劑或其他光敏材料的涂層。(2)由激光器發(fā)生兩束相干光束，使其在涂層上產(chǎn)生一系列均勻的干涉條紋，則光敏物質(zhì)被感光。(3)用特種溶劑溶蝕掉被感光部分，即在蝕層上獲得干涉條紋的全息像，所制得為透射式衍射光柵。如在玻璃坯背面鍍一層鋁反射膜后，可制成反射式衍射光柵。

第七十三頁(yè)，共85頁(yè)。新型凹面光柵2、或者改變光柵間距或刻槽方向，使相鄰衍射級(jí)次光程差符合消像差條件；1、引入附加變量，將普通球面凹面光柵變?yōu)榉乔蛎姘济婀鈻?，用以消除光程差高次?xiàng)引入的像差；主要思路：隨著理論研究、計(jì)算機(jī)的發(fā)展和全息加工技術(shù)的進(jìn)步，利用全息制造方法可以制造消除象散、球差、彗差的凹面光柵。一般的凹面光柵存在較嚴(yán)重的像散。第七十四頁(yè)，共85頁(yè)。超環(huán)面凹面光柵：普通球面凹面光柵只有一個(gè)回轉(zhuǎn)半徑，超環(huán)面凹面光柵具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)半徑一、非球面凹面光柵第七十五頁(yè)，共85頁(yè)。x,y方向的曲率可以不同，一個(gè)方向是非球面，另一方向?yàn)榍蛎妗Ｖ媾c超環(huán)面（CylindersandToroi