由大量等寬等間距的平行狹縫構(gòu)成的光學(xué)器件稱為光柵，光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現(xiàn)不同的特殊效果。大尺寸光柵的制造難題就在大于米級或半米級的尺度上，全程保持由于1/50波長的位置控制精度，這是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。這里介紹我們發(fā)明的達(dá)曼光柵并行激光直寫技術(shù)，通過旋轉(zhuǎn)達(dá)曼光柵獲得優(yōu)于亞納米的調(diào)諧精度，用于解決大尺寸光柵的制造難題。
8月上旬，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所承擔(dān)的“FASOT大面積中階梯光柵”項(xiàng)目驗(yàn)收評審。
該項(xiàng)目研制的6塊300mm×500mm大尺寸中階梯光柵是目前世界上應(yīng)用刻劃光柵中單塊面積最大的光柵，用于基金委國家重大科研儀器研制項(xiàng)目“光纖陣列太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(FASOT)研制”。
什么是階梯光柵
是一種刻線密度較低，但刻線的形狀是針對高入射角，即高衍射階數(shù)的衍射光柵。
高衍射階數(shù)可以使光譜發(fā)生進(jìn)一步色散，從而為探測器提供更詳細(xì)的特征。階梯光柵和其他類型的衍射光柵一樣使用于光譜儀與其他類似儀器。階梯光柵常用在高分辨率橫向色散攝譜儀，尤其是太陽系外行星探測器上，例如高精度徑向速度行星搜索器、印度物理研究實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)徑向速度全天巡天等許多天文儀器。一般可分為大、中、小三種。一般而言，每毫米內(nèi)刻10條線以下的叫大階梯光柵。每毫米內(nèi)刻10至400條線，稱之為中階梯光柵。400條以上的稱之為小階梯光柵。
衍射光柵是光柵的一種。它通過有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，使入射光的振幅或相位(或兩者同時(shí))受到周期性空間調(diào)制。衍射光柵在光學(xué)上的較為重要應(yīng)用是作為分光器件，常被用于單色儀和光譜儀上。實(shí)際應(yīng)用的衍射光柵通常是在表面上有溝槽或刻痕的平板。這樣的光柵可以是透射光柵或反射光柵?？梢哉{(diào)制入射光的相位而不是振幅的衍射光柵也能生產(chǎn)。通常所講的衍射光柵是基于夫瑯禾費(fèi)多縫衍射效應(yīng)工作的。描述光柵結(jié)構(gòu)與光的入射角和衍射角之間關(guān)系的公式叫“光柵方程”。波在傳播時(shí)，波陣面上的每個(gè)點(diǎn)都可以被認(rèn)為是一個(gè)單獨(dú)的次波源;這些次波源再發(fā)出球面次波，則以后某一時(shí)刻的波陣面，就是該時(shí)刻這些球面次波的包絡(luò)面(惠更斯原理)。
階梯光柵的原理
和其他種衍射光柵一樣的是，階梯光柵在概念上同樣是由許多寬度與所衍射光源的波長相近的狹縫所組成。垂直入射標(biāo)準(zhǔn)光柵的單一波長光線會在特定角度被衍射到中央零階和連續(xù)的高階區(qū)域，衍射程度取決于光柵密度與波長比和選擇的階數(shù)而定。各高階衍射的分離角度單調(diào)遞減且達(dá)到極為接近的程度，但低階部分會完全分離。衍射圖案的強(qiáng)度可以透過改變光柵傾斜角改變。反射光柵的部分(光柵孔被高反射率平面取代)可以傾斜以散射大部分光源到使用者需要的方向(以及特定衍射階數(shù))。對于多波長光源是可以實(shí)現(xiàn)的，但較高階的長波長衍射光可能覆蓋較短波長的較低一階光線，這通常是使用者不想要發(fā)生的副作用。
然而，階梯光柵的設(shè)計(jì)則是故意讓較高階衍射光線覆蓋，并且閃爍狀態(tài)被優(yōu)化以應(yīng)用在多個(gè)高階衍射光重疊的狀態(tài)。因?yàn)橹丿B光線無法直接應(yīng)用，必須在光路上再垂直裝設(shè)一個(gè)二次色散元件(光柵或棱鏡)才能在光束路徑上以按照階數(shù)分開不同階衍射光線或交叉分離。因此，產(chǎn)生的光譜會是一整條投影在特定成像面，包含不同波長，但有少數(shù)區(qū)域重疊的連續(xù)性多波段帶狀傾斜圖案。正是這樣的設(shè)計(jì)可克服寬波段高分辨率光譜設(shè)備成像問題。因此常用于極長的線性感測器陣列或者會產(chǎn)生強(qiáng)散焦像差等其他種類像差的光學(xué)系統(tǒng)使用。階梯光柵讓容易制造的二維感測器陣列是可行的，并因此減少了量測時(shí)間與增加效率。
延伸閱讀：
光纖陣列太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡(簡稱FASOT)
中國科學(xué)院云南天文臺屈中權(quán)研究員等提出的FASOT，是基于他們最初推出的具有原創(chuàng)意義的偏振分析器結(jié)合在國外得到廣泛應(yīng)用的積分視場單元(IFU)技術(shù)的一臺新型的太陽觀測儀器。它致力于獲得太陽大氣中物質(zhì)和能量(尤其是磁場能量)從光球底層到色球高層的精確傳輸過程信息。利用其對觀測區(qū)域進(jìn)行高時(shí)間分辨率和高偏振測量精度結(jié)合觀測的特點(diǎn)，我們可以發(fā)現(xiàn)太陽大氣中新的快變現(xiàn)象，也能通過以上信息使我們更深刻地理解太陽大氣中特別是對空間天氣有決定影響的爆發(fā)現(xiàn)象。該望遠(yuǎn)鏡的創(chuàng)新性得到了國內(nèi)外權(quán)威人士的充分肯定。
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