摘
要
在平场 凹面全息光栅 的设计 制作 中 ， 可避免 的存在 曲率半径 误差 ， 重影 响光栅光 谱仪 的分 辨 不 严
率 。为了从 理论 一 分析并 指导光谱仪器的设计和装 调 ，运用几 何光线 追迹 方法计算 并分 析 了不 同曲率半 径 Ｉ ： 误差下光谱像宽度 的变化规律 ，发现在一个较大 的误差 范围 内子午 焦线 的位置随着 曲率半 径 的变化前后 平 移 ，同时其弯 曲程度 几乎没有改变 。 数值计算发 现通 过调整像 面位置 或人 臂长度 均能够 补偿 曲率半径 的误
差 。 值 模 拟 结 果 示 ， 正 使 用 结 构 后 的 光栅 能 够 达 到 与 设 计 结 果 相 近 的 成 像 质 量 。 数 修
关键词
光谱仪 ； 射光栅 ； 衍 伞息 ；平场 ； 光栅制作
文 献标 识 码 ： Ａ Ｄ Ｉ ０ ３６ ／．ｓｎ １ ０—５ ３ ２ １ ）５１３ ４ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （ ０ １０ ４ ５０ ｓ 条 纹 ， 后 通 过 显 影 、离 子 束 刻 蚀 转 化 为 浮 雕 轮 廓 制 作 而 然
复制等环 带来 的误差 ， 得光栅的曲率半径将会偏 离优化 制 设计值 ， 对光谱分辨率造成严重 影响。
鉴 于此 ， 文 运 用 几 何 光线 追迹 方 法 计 算 分 析 不 同 曲率 本
小型光栅 光谱 仪的核心元件 ， 其光谱成像 质量直接 决定光谱
仪 的 性 能 指标 。随 着 应 用 范 围 的 Ｈ益 扩 大 ，平 场 光 栅 光 ’
成 ｌ 。 凹 面基 底 上 涂覆 光 刻 胶 一 般 采 用 离 心 式 旋 涂 的方 ｇ 。 在 式 ， 胶 后 得 到 的胶 层 一 般 为 中 心 薄 边缘 厚 ｌ Ｊ 而 造 成 凹 涂 １ ，因 。 面 光栅 曲 率 半 径 相 比基 底 有 所 减 小 。加 之 基 底 加 工 、镀 膜 、
栅 的设计制作及 光谱仪的装调提供理论指导 。
平场全息 凹面光栅像 差理论
图 ｌ 所示为平场 凹面全息光栅 制作 结构与使 用结构示 意
图 。以 光 栅 中 心 点 ０ 为原 点 建 立 直 角 坐 标 系 ，光 栅 法 线 方 向 为 ．轴 ， 直 刻线 方 向 为 Ｙ轴 ， 刻 线 方 向为 轴 。狭 缝 中 心 ７ ２ 垂 沿 点 Ａ及 其 像 点 Ｂ 、 录 点 Ｃ和 Ｄ 均 位 于 子午 面 ｘ ｙ 内 ， ｘ 记 ｏ Ｐ（ ， Ｙ ｚ ， ）为光 栅 上 任 一 点 。由 Ｃ 和 Ｄ 发 出的 记 录 光 束 的 中心 主 光 线 Ｃ 和 Ｄ０ 长 度 分 别 为 ｒ ，Ｙ ，与 轴 夹 角 分 别 为 ｙ 。 Ｏ ｃ Ｄ ，
中图 分 类 号 ： ３ ． ０４ ３ ４
引 言
平 场 凹 而 全 息 光 栅 是 将 使 用 波 段 内所 有 波 长 的光 谱 成 像 在 一 个 平 而 上 ， 用 Ｃ Ｄ、 通 道板 等 平 面 阵 列 探 测 器 接 收 利 Ｃ 微 光 谱 ， 时 快 速 地 进 行 多 通 道 光 谱 分 析 ［ 。它 是 便 携 式 微 实
曲率 半 径 误 差 对 平 场 全 息 凹 面 光 栅 分 辨 率 的 影 响 及 其 补 偿 方 法
孔 鹏 ，巴音 贺 希格 ，李 文 昊 ，唐 玉 国 ，崔 锦 江 。
１ 中国 科 学 院 长 春 光 学 精 密 机 械 与物 理 研 究 所 ，吉 林 长 春 ． ２ 中国 科 学 院 研 究 生 院 ， 京 ． 北 １０ ４ ００９ ２ ５ ６ １１３ ３ 中国 科 学 院 苏 州 生 物 医学 工 程技 术 研 究 所 ，江 苏 苏州 ． １ ０ ３ ３０ ３
差 ，即制得光栅 的曲率半径 与优化设 计值之 间的差 异 。 息 伞
凹面 光 栅 足 在 涂 有 光 刻 胶 的 ｆ 面基 底 上 记 录 两 束激 光 的 干 涉 Ｌ ｒ Ｊ
分 析 了平 场 凹 面全 息 光 栅 的 制作 结 构 误 差 和 使 用 结 构 误 差 对 光 栅 成 像 的影 响 ，并 指 出 使 用 结 构 误 差 与 制 作 结 构 误 差 之 间 可 以相 瓦 补 偿 ，但 没 有 涉 及 曲 率 半 径 误 差 的 分 析 与 补 偿 问
题。
半径误差下 光谱 像宽度的变化规律 ， 而找到对 由曲率半径 进
误 差 造 成 的 光谱 分 辨 率 下 降 进 行 误 差 补 偿 的 方 法 ， 而 为 光 从
谱仪 的优 化设讣及 制造 技术 越 越受到人们 的重视 。由于平 ） ｝ ∈ 场光 栅 的 成像 面 与 平 面探 测 器 并 不 是 严 格 重 合 ， 有 其 他 像 且 差存 在 ，如像散 、彗差 、球差 等 ，所 以一 般运用 凹 向光 栅几 何理论及光线追迹 等方 法对 其进行像差校正 ，从而求 得使成 像质 量最佳 的制 作结构 和使 用结 构 ］ 。实 际制作 及使 用过 程 中不可 能将理论计算所得 的最优化结构准确 实现 ，即存在 制作误差 和装捌误差 ，这势必影 响光 栅 的成像质 量。有 报道
第３卷 ， ５ １ 第 期
２ ０ １ １年 ５月
光
谱
学
与
光
谱
分
析 பைடு நூலகம்
Ｓ ｅｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃｒ ｌ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ Ａｎ ｌ ｓｓ
Ｖｏ． １ Ｎｏ ５ ｐ １ ３ ４ ８ １３ ． ． ． ｐ ４ ５ １ ３ Ｍａ ｙ， ２ ｌ ０１
在 全 息 ｆ 面光 栅 制 作 过 程 中不 可 避 免 的存 在 曲 率 半 径 误 ＝ Ｌ １ ］
由 Ａ发 出波长为 Ａ光束 的中心 主光线 Ａ０长度为 ｒ 与 ｚ轴 ， 夹角为 ， 经光概衍射后第 ｍ级衍 射光成像 在探 测器 Ｂ Ｂ 上 Ｂ点 ， 像距为 Ｏ Ｂ长度为 ｒ 衍射角为 口 Ｏ 为从 。点 向光 ， 。 Ｈ