用光"写"出来的光栅
全息光栅(Holographic Grating)是用两束相干激光的干涉条纹曝光光刻胶、再经显影和刻蚀制成的衍射光栅。机械刻划光栅靠金刚石刀逐条刻线,而全息光栅的所有刻线是一次曝光同时形成的,间距由光的波长和两束光的夹角决定。
制造原理
两束来自同一激光器的光以夹角 2θ 在涂有光刻胶的基底上相交,形成等间距的正弦干涉条纹,条纹周期 Λ = λ / (2 sin θ)。曝光后显影,得到正弦或近正弦轮廓的刻槽;再用离子束刻蚀可以把槽形修整成接近锯齿的"准闪耀"形状,提高某一波段的效率。
记录波长越短、夹角越大,能做出的刻线越密。用紫外激光记录可以制作 3600 线/mm 甚至更高密度的光栅;改变两束光的波前(例如用球面波),还能制作变栅距的平场凹面光栅。
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交互演示一:两束光写出一块光栅
选择记录激光波长、调节两束光的半夹角 θ,看干涉条纹的周期和对应的刻线密度。
交互演示二:为什么拉曼和荧光偏爱全息光栅
机械刻划时刀具的周期性误差会产生"罗兰鬼线",随机误差会抬高杂散光背景。在一条强激光线旁边找一个弱信号时,这些杂散光可能把信号淹没。调节刻划误差和弱信号强度,在对数坐标下对比两种光栅。
模型说明:1200 线/mm、一级;鬼线强度按 (π·ε/d)² 估算,杂散光散射翼为典型数量级示意(刻划约比全息高两个数量级);仪器分辨率 0.15 nm。实际杂散光还与光谱仪的挡光、镀膜和表面质量有关。
与机械刻划光栅的对比
- 杂散光低:刻线间距均匀性极好,没有刀具带来的周期性误差,鬼线基本消失,杂散光可低一到两个数量级。
- 大面积:干涉条纹可以覆盖很大面积,制作大尺寸光栅比机械刻划容易。
- 刻线密度高:可以制作 3600 线/mm 以上的高密度光栅。
- 面形自由:可在凹面上直接记录,或通过非平面波前得到像差校正、平场的凹面光栅。
- 不足:正弦槽形的效率低于闪耀光栅,可通过离子刻蚀改善。
全息光栅特别适合对杂散光要求严格的应用:荧光光谱需要在强激发光旁边检测微弱荧光,拉曼光谱需要抑制瑞利散射的旁瓣,天文光谱要在亮星旁边看暗弱谱线。
低杂散光光谱测量方案
四川森普力科技有限公司可为拉曼、荧光等弱信号测量推荐低杂散光的光栅与光谱仪配置,并提供完整系统集成。
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