工程光学-第13.6节 衍射光栅.ppt

第十三章光的衍射 §13.1 光波衍射的基本理论 §13.2 菲涅耳衍射 §13.3 典型孔径的夫琅和费衍射 §13.4 光学成像系统的衍射和分辨本领 §13.5 多缝的夫琅和费衍射 §13.6 衍射光栅 §13.6 衍射光栅 什么是衍射光栅？ 能对入射光波的振幅或相位或两者同时进行空间周期性调制的光学元件，称为衍射光栅 衍射光栅的夫琅和费衍射图样又称做光栅光谱 光栅光谱是一组又细又亮的条纹，位置随波长而变 ? 衍射光栅对复色光具有分光作用 §13.6 衍射光栅 衍射光栅的分类 按调制方式：振幅型和相位型 按工作方式：透射型和反射型 按对入射波调制的空间：二维平面光栅和三维体积光栅 按工作表面形状：平面型和凹面型 按制作方式：机刻光栅、复制光栅、全息光栅 §13.6 衍射光栅 光栅的分光性能 光栅方程： 正入射： 斜入射：？ §13.6 衍射光栅 光栅的分光性能 光栅的色散： ? 光栅光谱线：多色光的各级亮线 §13.6 衍射光栅 光栅的分光性能 光栅的色散： 1. 白光经光栅产生的光谱只有0级重合，其他各级均展开 每级光谱靠近中央条纹一侧为紫色，远离一侧为红色 2. 谱线级次越高，色散越大 3. 光谱级次m受d/?限制，一般不是很大 4. 各谱线间距随级次增加而增加，高级次光谱彼此重叠 §13.6 衍射光栅 光栅的分光性能 光栅的色散： 数学描述： 1. 角色散：波长相差单位波长的两条谱线之间的角距离 2. 线色散：焦平面上波长差单位波长的两谱线间的距离 ? 分析：m 、d、 f、cos? 的影响？ §13.6 衍射光栅 光栅的分光性能 光栅的色分辨本领： 指光栅分辨两个波长差很小的谱线的能力 瑞利判据： 当一条谱线的强度极大值和 另一条谱线的第一个极小值刚好 重合时，两条谱线刚好被分开。 谱线的半角宽度： ? 对应的波长差： §13.6 衍射光栅 光栅的分光性能 光栅的自由光谱范围： 可以观察到互相分开的谱线，即光谱不重叠区 ? 当波长?的m+1级谱线与波长?+??的m级谱线重叠时 波长在?到?+??间的m级和m+1级谱线不重叠 思考：与F-P标准具的分辨本领和自由光谱范围比较？ §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 平面振幅型光栅： 光强分布： 光谱的分辨本领： 问题： ? 解决办法： 1. 移动衍射的中央极大位置至高级谱线 ? 闪耀光栅 2. 增大光程差从而增大衍射级次 ? 阶梯光栅 §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 平面定向光栅： 特点：光栅面法线与刻划面法线分开，光强分布发生改变 1. 光强最大的方向满足反射定律： 2. 各级衍射由光栅方程决定： §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 平面定向光栅： 闪耀角? 的设计：令最大光强与波长?的m级衍射重合 §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 平面定向光栅： ? 闪耀波长： 光强最大值在?B的1级衍射光谱上 注意：同时对?B/2的2级光谱和?B/3的3级光谱也闪耀 §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 平面定向光栅： ? 闪耀波长： 光强最大值在?B的1级衍射光谱上 注意：同时对?B/2的2级光谱和?B/3的3级光谱也闪耀 ? 应用时是根据?B确定?，由于中央衍射有一定宽度，闪 耀波长?B附近的谱线也有相当大的强度，因而闪耀光 栅可用于一定的波长范围 §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 阶梯光栅： 组成：由许多厚平面平行玻璃板组成的一段阶梯 分类：反射式阶梯光栅、透射式阶梯光栅 光程差：偏转?产生的?1 玻璃产生的?2 §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 阶梯光栅： 组成：由许多厚平面平行玻璃板组成的一段阶梯 分类：反射式阶梯光栅、透射式阶梯光栅 光程差：偏转?产生的?1 玻璃产生的?2 【例】20个阶梯，t=1 cm、n=1.5、?=500 nm ? 透射： §13.6 衍射光栅 几种典型光栅 正弦光栅： 特点：透射系数t(x1)按余弦或正弦函数变化 如振幅型正弦光栅的振幅透过率： ? 光谱： 作业：P419 No.26 深圳大学光电工程学院 本章内容 R1 R2 d 光栅面法线 i ? ? R1 R2 d 光栅面法线 i （光线位于光栅面法线同侧取正、异侧取负） （决定各级主极大位置的方程） （不同波长的同级主极大对应不同的衍射角） ?1 ?2?1 0 1 2 3 4 -1 -2 -3 -4 m： 中