光栅（Gratings）是由一系列等距平行刻线组成的光学元件，它是利用光的衍射和干涉原理进行分光的一种色散元件。从制作方法上光栅可分为刻线光栅和全息光栅，刻线光栅是刻划机在反射面上刻线而成，而全息光栅是通过激光干涉照相法制作而成。全息光栅又可以分为平面全息光栅和体全息光栅。

全息光栅中的常用术语

入射角 AOI

入射角α°指入射光线和光栅法线之间的夹角。

激光损伤阈值（LIDT）

     光栅激光损伤阈值定义为引起光栅表面永久性变换的激光强度，通常以J/cm² 或者W/cm²表征。激光损伤阈值依赖于多种参数，包括激光脉冲能量，脉冲宽度，重复频率，波长，和激光光斑强度分布等。在不同的应用场景中这些参数各不相同。一般光栅厂家不会针对客户的激光参数给出光栅的激光损伤阈值，只能在特定的条件下各处激光损伤阈值，作为参考。比如瑞典光栅厂家Spectrogon公司的全息光栅给出的激光损伤阈值如下：1，对于800-1100nm范围内的纳秒激光给出的激光损伤阈值为>2.3J/cm² (50Hz, 10ns); 2，对于800-1100nm范围内的飞秒激光给出的激光损伤阈值为>0.3 J/cm² (50Hz, 100fs). 激光损伤阈值的测试参见ISO 21254-2。

偏转角

    光栅偏转角指入射光α和-1级衍射光β之间的角度θ。（θ°=|α°-β°|），β°为衍射角。也称为包含角度。当偏转角为0°时，光栅处于所谓的Littrow结构，AOI称为Littrow角。

色散

      角色散是每单位波长变化的衍射角的变化量。它是对相邻波长光束之间的角度间隔的测量。高色散可以通过选择具有高凹槽频率的衍射光栅或者通过使用高衍射级的粗衍射光栅来实现。通常，细间距衍射光栅将是优选的，因为自由光谱范围较大。

效率

     绝对效率被定义为衍射到给定衍射级（在大多数情况下为-1级）的入射通量的量。效率通常表示为特定偏振态和衍射级的绝对效率百分比。

●TM/-1表示-1级衍射中TM偏振光的效率百分比。

●TE/-1表示-1级衍射中TE偏振光的效率百分比。

●（TM+TE）/2，-1表示-1级衍射中未偏振（平均偏振）光的效率百分比。

Littrow配置

      光栅的安装使得所需波长的光沿着入射光束衍射回来，并且通过旋转光栅来扫描波长。通常，使用腔内消色差透镜，该透镜扩展激光束以填充光栅的相对大的区域。零级衍射光束可以用作输出激光束；然而，缺点是当光栅旋转时，光束将具有不同的方向。

Grazing入射

      光栅在高入射角下保持固定，并通过旋转一个特殊的调谐镜来调谐波长。不需要光束扩展透镜，因此可以使用较小的光栅。然而，大的入射角意味着光栅的规则宽度必须明显大于凹槽长度。

偏振

      衍射光栅的效率通常随着感兴趣的偏振而变化。因此，必须确定极化状态。TM偏振意味着电矢量垂直于光栅槽，对应于P偏振。TE偏振意味着电矢量平行于光栅槽，对应于S偏振。（TM+TE）/2表示未偏振的光。

正弦光栅

      全息制造的标准型衍射光栅具有正弦凹槽轮廓。与刻线光栅相比，效率曲线相当平滑和平坦。通过改变凹槽深度来优化特定光谱区域的效率，并且效率可能仍然很高，尤其是对于具有高频的光栅。当凹槽间距小于波长的约1.25倍时，仅存在-1和0阶，并且如果光栅具有适当的凹槽深度，则大多数衍射光进入-1阶。在这个区域，全息记录光栅提供了远远超过50%的绝对效率。

杂散光

      在光学仪器的检测极限下工作，来自光栅和其他光学器件的杂散光水平将设定检测的最终极限。全息衍射光栅以其低水平的杂散光和光谱图像中完全不存在“幽灵”而闻名。这是由于在干涉图案曝光中实现的凹槽之间的非常精确的间隔。然而，也有来自全息记录衍射光栅的杂散光源，并且由于所使用的制造工艺的差异，不同光栅之间的杂散光水平可能会有很大的变化。众所周知，全息衍射光栅具有比刻线光栅低得多的杂散光能级；尽管如此，Spectrogon已经能够进一步改进全息过程。与普通全息衍射光栅相比，Spectrogon光栅的杂散光水平低约十倍，在双光谱仪中，这意味着光谱纯度提高100倍。

光栅基底材料的热膨胀系数

光栅的主要应用

激光波长调谐

      全息光栅通常用于激光的波长调谐。光栅在激光腔内起到波长选择端反射镜的作用。使用了两种基本结构， Littrow configuration 和 Grazing incidence or Littman configuration。

Littrow configuration

     光栅的安装使得所需波长的光沿着入射光束衍射回来，并且通过旋转光栅来扫描波长。通常，使用腔内消色差透镜，该透镜扩展激光束以填充光栅的相对大的区域。零级衍射光束可以用作输出激光束；然而，缺点是当光栅旋转时，光束将具有不同的方向。

Grazing incidence Littman configuration

     光栅以接近90度的入射角保持固定，并通过旋转特殊的调谐镜来调谐波长。不需要光束扩展透镜，因此可以使用较小的光栅。然而，大的入射角意味着光栅的规则宽度必须明显大于凹槽长度。

掠入射的效率对于垂直于光栅槽偏振的光（TM偏振）可能非常高，但对于TE偏振总是非常低。因此，染料激光束将是平面偏振的。

激光脉冲压缩

     当短激光脉冲通过光纤传输时，由于非线性效应（自相位调制），脉冲将被拉伸或“啁啾”。光纤中的群速度色散导致脉冲的前端波长比高层波长更长。通过使用一对光栅，可以布置成使得长波长脉冲将比短波长脉冲行进更长的路径，结果是，在光栅对之后，它们同时到达。光栅对不仅补偿了光纤中的脉冲加宽，而且使脉冲比输入更短。最多可实现90次压缩。

啁啾脉冲放大

     某些类型的锁模激光器可以产生极短的脉冲（100飞秒）。对于许多应用，这些脉冲具有太低的峰值功率。啁啾脉冲放大（CPA）技术可以用于放大这样的脉冲，以实现太瓦量级的峰值功率。

     放大器基本上是谐振器内的激光晶体。为了避免强非线性效应引起晶体的损伤，输入脉冲在时间上被拉伸，从而降低峰值功率。该啁啾脉冲随后被放大，并随后被压缩以获得持续时间几乎等于输入脉冲的高功率脉冲。

脉冲展开和展开

      脉冲展开和压缩都使用以相减色散模式排列的光栅对；使得第一光栅的角色散被第二光栅抵消。入射在第一光栅上的两个不同波长的平行光束在离开第二光栅时仍然平行，但它们行进了不同的距离。

     平行排列的光栅对将引入负群速度色散，即长波长的脉冲比短波脉冲到达得晚。

      为了实现正色散延迟，需要更复杂的布置。在光栅之间插入一个无焦透镜系统（望远镜）。望远镜颠倒角度的符号，使光束以与离开第一个光栅相同的角度撞击第二个光栅。

      拉伸器和压缩器通常都用于双通道。其优点有两个：色散加倍，光束的所有波长分量共线出现，而不是如图所示的单通道线性平移。

光谱设备

      光谱仪器通常由入口狭缝、准直器、色散元件、聚焦光学器件组成，有时还包括出口狭缝。进入入射狭缝的辐射由准直器（通常为凹面镜）收集。

      色散元件，在这种情况下是光栅，产生波长相关的散射。分散的辐射被聚焦到图像平面上，在图像平面上形成光谱（入射狭缝的一系列单色图像）。

     北京海科思锐光电仪器有限公司作为一家专业的激光和光电仪器设备代理商，代理产品包括各种激光器光源、超快激光微纳加工系统、各种激光测试设备、各种激光与光学元器件、光谱仪器、精密光机械等。全息光栅是激光应用中非常常见的核心器件之一，北京海科思锐代理瑞典Spectrogon公司和德国Gitterwerk公司的光栅产品，主要面向超快激光脉冲压缩、激光波长调谐、激光波长合束、光谱仪等应用方向。我们不仅为用户提供高品质的光栅产品，还可以为用户提供光栅应用方面的实际使用建议。

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