传动光栅 transmission gratings

2022-10-25 09:41:48 浏览:205

定义

透射光栅是用于透射的衍射光栅。这与更常见的反射光栅形成鲜明对比,后者反射所有入射光,只要它不被吸收或散射。

透射光栅可以是体积布拉格光栅或表面浮雕光栅。后者在其表面之一处或附近具有衍射结构。请参阅有关衍射光栅的有关制造方法的文章。

理念

所有衍射光栅(包括透射光栅)的工作原理都是基于光的衍射。然而,对于透射光栅,该原理的应用在某些方面与反射光栅的情况不同:

通过材料的光传输

透射光栅必须由透明性好的介质制成,即具有低吸收和散射损耗。对于可见光和近红外光来说,这是一个容易满足的条件,但意味着在其他光谱区域(如远紫外和远红外线)中选择光学材料受到严格限制。

在许多情况下,人们基于具有高光学质量和成熟加工方法的坚固光学材料(主要是玻璃)制造透射光栅。一个特别突出的例子是熔融石英,它也表现出非常宽的光谱透射范围。

菲涅耳反射

通常还需要抑制菲涅耳反射,例如使用减反射涂层。不幸的是,这种涂层只能在有限的角度和光谱范围内具有高性能。因此,有时使用无涂层光栅,接受一定量的反射损耗。

有限的角度范围

虽然反射光栅的高反射率(例如包含金属反射器)可以在很宽的入射角范围内实现,但在大角度范围内获得透射光栅的低反射损耗则更加困难。这就是为什么透射光栅通常设计为较低线密度的原因之一,例如限制受累光束的角度范围。当然,应用需要相应地进行调整。

只要光束与表面的角度接近垂直,也可以实现低偏振灵敏度。

实现足够强的相位调制

对于透射光栅,更难实现光栅结构的光相调制足够强。通过考虑所有涉及的光束本质上是共传播的,并且累积的相变不是由几何路径长度差异决定的,而是由折射率差异和传播长度差异的乘积来确定的,这很容易理解。在这里,所涉及的折射率差通常远低于1。相比之下,在反射下操作的浮雕光栅结构会导致相位差,其与浮雕高度的两倍成正比,对应于光向前和向后通过的贡献,例如通过空气。因此,透射光栅的表面浮雕结构通常需要高出几倍的纵横比(深度/线间距)才能实现类似的衍射效率。

避免金属吸收

另一方面,避免了与使用金属反射结构相关的问题 - 特别是在短光学波长下增加吸收。透射光栅可以完全由一种或多种具有非常低吸收系数的介电材料制成。这些材料也表现出更高的激光诱导损伤阈值。

衍射光栅的光学性能

尽管存在上述挑战,但已经有可能生产出具有极高性能的透射光栅 - 特别是使用全息技术,以优化的形式允许具有极端纵横比的结构。它们可以实现非常高的衍射效率,定义为发送到所需衍射阶数的光功率除以入射功率。这对于某些应用尤其重要,例如用于超短脉冲的脉冲压缩机,其中压缩机光栅处的损耗会降低可用输出功率,同时可能引入热问题。在宽波长区域,衍射效率远高于90%和非常低的杂散光是可能的,有时甚至可以达到超过98%的效率。

同时,可以获得低水平的杂散光,并且激光诱导的损伤阈值可能相当高。与全息体积光栅相比,温度灵敏度通常要低得多。

对齐属性

关于对准灵敏度,基于透射光栅的装置通常比使用反射光栅的装置更宽容。很容易看出,如果光栅器件具有平行表面,则零阶(非衍射)光束与输入光束具有相同的方向。任何角度对准误差都只能导致该光束的轻微位移。衍射光束也仅受不对中很小程度的影响。

相比之下,反射光栅的零阶光束的输出角度变化是光栅角位移的两倍,就像普通镜子一样,衍射光束也受到强烈影响。

当然,详细的比较还需要考虑到光栅可能完全不同的线间距。

实践方面

在透射中操作光栅的一个重要实际方面是衍射光与入射光更好地分离。因此,例如,在不阻碍入射光路径的情况下安装光探测器(例如焦平面阵列)变得更加容易,并且由此产生的设备设计(例如光谱仪)可能会变得更加紧凑。

使用透射光栅,甚至可以将各种类型的成像仪器转换为光谱仪,因为光束路径不会发生深刻变化。

特殊类型

大多数透射光栅在平面上具有等距线的结构。但是,也可以在弯曲表面上制作光栅和/或改变线间距。

对于某些应用,例如在光谱学和脉冲压缩机中,使用所谓的griisms很方便,这是一种在其表面上装有衍射结构的棱镜。

也可以制造二维光栅(2D透射光栅),可以将光束衍射成二维。例如,其中一些用作光学图案发生器。

典型应用

下面简要讨论透射光栅的一些典型应用:

  • 有基于透射光栅的紧凑型光谱仪设计,例如与高空间分辨率的焦平面阵列相结合。高衍射效率对于高测量灵敏度非常重要。
  • 用于超短脉冲的脉冲压缩机用于啁啾脉冲放大系统。它们特别受益于非常高的衍射效率,就像优化的光栅一样。
  • 透射光栅也可以用作激光等单色光源的分束器。
  • 一些透射光栅用作一维或二维光学图案发生器。

参考文献

[1] W. A. Traub, “Constant-dispersion grism spectrometer for channeled spectra”, J. Opt. Soc. Am. A 7 (9), 1779 (1990), doi:10.1364/JOSAA.7.001779
[2] H. Nguyen et al., “High-efficiency fused-silica transmission gratings”, Opt. Lett. 22 (3), 142 (1997), doi:10.1364/OL.22.000142
[3] T. Clausnitzer et al., “Highly efficient transmission gratings in fused silica for chirped-pulse amplification systems”, Appl. Opt. 42 (34), 6934 (2003), doi:10.1364/AO.42.006934
[4] N. Bonod and J. Neauport, “Diffraction gratings: from principles to applications in high-intensity lasers”, Advances in Optics and Photonics 8 (1), 156 (2016), doi:10.1364/AOP.8.000156
[5] T. P. Rasmussen, “Compact and high performance spectrometers based on novel transmission gratings with high dispersion”, Appl. Spectroscopy 70 (5), 804 (2016)
[6] J. E. Harvey and R. N. Pfisterer, “Understanding diffraction grating behavior: including conical diffraction and Rayleigh anomalies from transmission gratings”, Optical Engineering 58 (8), 087105 (2019), doi:10.1117/1.OE.58.8.087105

光学器件

作          者: 泮桥成像光电商城

出          处: https://www.ipanqiao.com/entry/1992

版          权:本文版权归泮桥成像光电商城所有

免责声明:本文中使用的部分文字内容与图片来自于网络,如有侵权,请联系作者进行删除。

转          载:欢迎转载,但必须保留上述声明;必须在文章中给出原文链接;否则必究法律责任。

Copyright © 2019-2022 南京超维景生物科技有限公司 版权所有 www.ipanqiao.com苏ICP备20009590号-1
联系我们
立即做合同
微信客服
电话咨询

400-998-9826

17302548620

快速留言

泮桥成像光电商城专业人员会在24小时之内联系您

关闭 提交