[科普中国]-中阶梯光栅

提出

Harrison于1949年提出了一种刻线密度比较小，利用其较少的线密度和较大的闪耀角工作在较高的闪耀级次，具有较高的分辨率和色散率。此光栅的特性介于Michelson的阶梯干涉（echelon）和Wood的闪耀小阶梯光栅（echelette）之间，被称作echelle，即中阶梯光栅。利用中阶梯光栅制作的光谱仪器具有体积小、高色散、高分辨率等特点，代表了先进光谱技术的发展趋势。1

方程中阶梯光栅从某种角度来说是一种粗光栅，它的光栅常数较大，它的刻槽截面形状是宽而深的直角（如上图2-1），刻槽中角度较大的小斜平面是工作面。工作面与光栅平面的夹角即为闪耀角，因此具有较大的闪耀角θ，一般在63°以上，工作级次一般在30级以上，从这个角度来说它又相当于线密度为几千线的光栅工作在一级，属于高度精密的光栅。当一束平行复色光照射到中阶梯光栅上，为了获得高的衍射效率，光栅会在满足李特洛条件下(入射角i等于衍射角φ等于闪耀角θ)使用，此时光栅方程可简化为： mλ=2dsinθ

m为衍射级次，λ为衍射波长，d为光栅常数，为衍射角；在李特洛安条件下由于，以下用θ表示。由此,我们便可推导有关光栅的工作级次、色散、闪耀角度等相关信息。

性质介于小阶梯光栅和阶梯光栅之间。它与闪耀光栅不同，不以增加光栅刻线，而以增大闪耀角(高光谱级次和加大光栅刻划面积)来获得高分辨本领和高色散率。1

例如当8～80条/mm刻线，60°～70°闪耀角，40～200级高光谱级次时，分辨本领大于106。普通闪耀光栅为105。但它每一级光谱区很窄，只有1～10nm。可用交叉色散法将这些上百级次的光谱分开。

进展2016年11月11日，由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的国家重大科研装备研制项目“大型高精度衍射光栅刻划系统的研制”通过验收，并制造出世界最大面积中阶梯光栅。这标志着我国大面积高精度光栅制造中的相关技术达到国际领先水平。项目验收组组长曹健林说，大型高精度光栅刻划系统以及大面积中阶梯光栅的研制成功，不仅打破了我国在该领域受制于人的局面，而且能帮助我国光谱仪器产业改变低端化现状，提升拓展国际市场的能力。2