[發明專利]一種凹面閃耀光柵的設計方法

無效

• 申請號: 201210388282.8
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102866445A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 徐邦聯;黃元申;盧忠榮;張大偉;倪爭技;王琦;陶春先;莊松林
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G02B5/18
• 分類號: G02B5/18
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種光學儀器的設計，特別涉及一種凹面閃耀光柵的設計方法。?

背景技術

衍射光柵作為性能優越的分光元件而被廣泛地應用于光譜分析、激光器、集成光路、光通信以及工業控制和計量等領域，例如在光譜儀器中，光柵是精度要求極高的關鍵元件，近年來，光柵幾乎完全代替了棱鏡而用作光譜儀器的色散元件，精密光柵制造技術的發展直接影響到地質、冶金、天文、醫藥、航天等其他科學技術領域的發展，其作用不可估量。普通光柵入射光的大部分能量都集中在沒有色散的零級衍射級次上，而在較高級次上光強很小，研究發現，光能量在光柵光譜不同級次上的分配取決于刻槽的幾何形狀，只要將光柵刻槽的剖面形狀做成鋸齒狀，就能使衍射光的大部分能量從零級轉移到所需要的級次上，具有這種特性的光柵便是閃耀光柵。另一方面，為了適應光譜儀器集成化、小型化和輕型化的發展趨勢，對凹面光柵的研究也越來越廣泛，因為它同時具有色散元件和聚焦元件的特性，從而可以作為光譜儀中唯一的光學元件而無須準直鏡和聚焦鏡，這不僅使光譜儀的結構大為簡化，而且對于工作在真空紫外和遠紫外的光譜儀來說，由于不存在透射材料對紫外光波的吸收，可以顯著地提高了儀器的效率。但在凹面光柵中，由于光柵面試球面，而刻槽的斜面是相互平行的，因而刻槽的閃耀角是逐漸變化的，由于這個原因，凹面閃耀光柵的強度分布較平面光柵要平坦，亦即對特定波長的閃耀作用不是很明顯，從而限制了其應用范圍。?

發明內容

本發明是針對凹面閃耀光柵對特定波長的閃耀作用不是很明顯的問題，提出了一種凹面閃耀光柵的設計方法。利用簡單的設計方法來確定凹面光柵刻槽面的角度及間距，從而使其達到對特定波長λ的閃耀增強作用。?

本發明的技術方案為：一種凹面閃耀光柵的設計方法，對于給定半徑為R的凹面基片，通過在基片上刻劃設定角度和間距的刻槽，得到凹面閃耀光柵，所述的入射光為點光源發出的球面波，點光源位于羅蘭圓上；設計刻槽面的角度，使得入射光線與所有的刻槽面保持垂直；設計刻槽的間距，使得相鄰刻槽的光程差為指定波長的整數倍；利用自由曲面加工儀在凹面基片上逐條刻劃出相應角度及間距的刻槽，得到所需的凹面閃耀光柵。?

所述指定波長為需要實現閃耀增強的波長。?

所述刻槽面的角度為：?

其中（x,y,z）為凹面基片上的任意一點，（x₁,y₁,0）為位于主截面xOy上入射點坐標。

所述第n條刻槽的位置為：?

其中d_n為位于主截面xOy面上入射點（x₁,y₁,0）到第n條刻槽的距離，(x_n,y_n,0)為第n條刻槽與主截面xOy的交點。

本發明的有益效果在于：本發明凹面閃耀光柵的設計方法，設計出的凹面光柵會對指定波長λ具有顯著的閃耀增強效果，本發明實施方便，只涉及到初等數學的計算，不需要專業的光學設計軟件，設計的凹面閃耀光柵可廣泛應用于光譜分析儀器、光學探測及光學測量等技術領域。?

附圖說明

圖1為本發明凹面閃耀光柵的使用光路圖；?

圖2為本發明凹面閃耀光柵刻槽面的局部放大圖。

具體實施方式

圖1所示的是凹面閃耀光柵的使用光路圖。11為凹面閃耀光柵，其曲率半徑為R，12為其曲率中心C（R,0,0），13為羅蘭圓，它是一個直徑等于凹球面半徑且與凹球面相切于O點（0,0,0）的圓，與此同時，該圓位于主截面xOy面內，14為入射點A（x₁,y₁,0），中心光線入射角為θ，15為凹球面上任意一點B（x,y,z），x,y,z滿足方程(x-R)²+y²+z²=?R²。?

圖2是凹面閃耀光柵刻槽面的局部放大圖，對于凹球面上的任意一點B而言，其法線n經過凹面的曲率中心，即圖1中的BC；另一方面，為了提高光柵的效率，要求從A點發出的任意光線AB能夠原路返回，即AB要垂直于光柵槽面21，因此B點處的光柵槽面的角度（光柵槽面與該點處切平面的夾角）應該等于AB與BC的夾角，即???，其中???為（x-x₁,y-y₁,z），???為（x-R,y,z），故有：?