光柵基本原理【下】

閃耀波長（Blaze Wavelength）

當單色光照射到光柵上，各衍射級次均會分得其部分能量，每個級次的衍射效率取決於分配到該級次的光強。由於各種因素的影響，光柵對不同波長光的衍射“效率”並非平均分配。通過改變刻槽的角度、形狀和深度可以對衍射效率進行調整。通過改變刻槽形狀來實現衍射效率的優化稱為閃耀。“閃耀波長”即是光柵衍射效率最高的對應波長。

圖5展示的是典型的刻劃光柵和全息閃耀光柵的波長—效率曲線。

圖5. 刻劃光柵（Ruled Grating）和全息閃耀光柵（Blazed Holographic Grating）的衍射效率，兩者均為1200 l/mm。

全息光柵（Holographic Gratings）

全息光柵通常由正弦狀的幹涉條紋顯影製成，有時也會借助蝕刻工藝。正弦狀刻槽的光柵雜光較少，不過其效率也較低，曲線較平滑，盡管其可以覆蓋較寬的光譜範圍。全息閃耀光柵是在其幹涉顯影過程中同時使用蝕刻工藝，或者使用離子束通過對刻槽的二次修整，形成閃耀角。兩種工藝中，前者不能產生較強的閃耀；而後者雖然可以得到較高的衍射效率，但其刻槽邊緣會形成較為粗糙的微結構，從而形成較強的雜光。Newport集團的Richardson光柵工廠具有同時提供刻劃光柵和全息光柵的能力，從而可以為不同波段範圍的應用提供閃耀、效率和低雜光的最佳組合產品。

色散（Dispersion）

如果固定光柵方程中的角I，以波長作為變量，可得到：

a x cos D x δD = m x δλ

因此：

δD/δλ是角色散，其與刻線間距a（每毫米刻線數）成反比，與級次m和衍射角D成正比。線色散δL/δλ在單色儀輸出狹縫處隨出射焦距f和角度D而改變，是焦距和角色散的乘積：

帶寬（Bandpass）和分辨率

帶寬指連續光源可通過單色儀或光譜儀的光譜寬度。帶寬大小主要受線色散和狹縫寬度影響。

單色儀的帶寬可通過減小狹縫寬度而達到極限，這一極限值即光譜儀的分辨率，在光譜分析中決定了儀器分辨相鄰譜線的能力。對於被恰當光照的光柵，分辨率取決於該光學係統的像差。對於大部分的譜儀，一種有效的最小化像差的方法是隻照明入射狹縫的中心區域。

光柵照明（Grating Illumination）和分辨能力

光柵分辨能力R通過波長λ和λ + δλ定義，其中λ + δλ是最接近λ的可分辨的波長。理論上：

其中：δλ = 分辨率，W =被照射的光柵刻線序列寬度

可達到的分辨率通常取決於最小可用狹縫和光學係統像差，而不是光柵自身。

附：

雜散光（Stray Light）

標準單色儀的輸出光理論上是單色的，但通常會含有其他無效波長的光。使用濾光片可以去除高階衍射光，而其他來源的無效波長光即雜散光也需要被消除。部分雜散光稱為“重入譜”，其來源在於部分衍射光在光學係統中照射到入射狹縫、準直鏡或聚焦鏡並返回照射到光柵上。同樣，部分衍射光束可能會經由焦平麵探測器，如二極管陣列，反射回光譜儀，產生重入譜。

使用雙單色儀的方式可顯著提高信噪比。

延伸閱讀：光柵基本原理【上】

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