光栅

基本结构 光栅是由‌大量等宽、等间距的平行狭缝或刻线‌构成的光学器件。每毫米可含数千至上万条刻痕，这些周期性结构决定了光的分光特性。 核心物理机制 ‌衍射‌：光通过每个狭缝或刻线时发生衍射，每个狭缝可视为新的点光源向外传播光波。 ‌干涉‌：不同狭缝发出的光波在空间叠加，形成‌明暗相间的干涉条纹‌。干涉条件由光栅方程描述： d(\sin i \pm \sin r) = k\lambdad(sini±sinr)=kλ 其中 dd 为光栅常数，ii 为入射角，rr 为衍射角，kk 为级次，\lambdaλ 为波长。 关键功能实现 ‌分光作用‌：不同波长的光对应不同的衍射角，从而实现光谱分离。例如，白光通过光栅后可形成彩虹色光谱。 ‌误差平均效应‌：周期性结构使微小刻线误差对整体性能影响降低，提升测量精度。 分类与应用 ‌透射光栅‌：光线穿过玻璃基底上的狭缝，常用于光谱仪。 ‌反射光栅‌：光线在金属刻线表面反射，多用于高精度激光器选频。 ‌传感器应用‌：通过莫尔条纹位移测量物体移动量，例如光栅传感器中主光栅与指示光栅的夹角形成移动条纹。 ‌总结‌：光栅通过周期结构的衍射和干涉调制光路，实现对光波长、方向等特性的精确控制，是光谱分析和精密测量的基础元件。