光柵的分類

光柵是一種由大量等寬等間距的平行狹縫構(gòu)成的光學(xué)元件。它能對(duì)入射光的振幅和（或）相位進(jìn)行空間周期性調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)分光等功能。光柵的工作原理基于光的衍射和干涉現(xiàn)象，當(dāng)一束光照射到光柵上時(shí)，光會(huì)在每個(gè)狹縫處發(fā)生衍射，衍射后的光相互干涉，不同波長(zhǎng)的光由于滿足干涉加強(qiáng)的條件不同，會(huì)以不同的角度射出，從而將復(fù)色光分解為單色光，形成光譜。

光柵作為重要的光學(xué)元件，可根據(jù)結(jié)構(gòu)特征、工作原理及應(yīng)用場(chǎng)景分為多種類型：

一、按結(jié)構(gòu)與工作原理分類
1. 透射光柵與反射光柵
透射光柵：光線透過光柵表面的透明刻痕（如玻璃基板上的平行刻槽）發(fā)生衍射，常用于光譜儀的前置分光元件。經(jīng)典案例是早期在玻璃上刻畫等距刻線的透射光柵，但因能量損耗較高，現(xiàn)代多被反射光柵取代。
反射光柵：光線經(jīng)光柵表面的反射結(jié)構(gòu)（如金屬鍍膜刻槽）發(fā)生衍射，能量利用率更高。
平面反射光柵：平面基板上刻制周期性反射槽，用于光譜分析；
凹面反射光柵：曲面基板（如凹面鏡）刻槽，兼具分光與聚焦功能，簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
2. 刻劃光柵與全息光柵
刻劃光柵：
通過機(jī)械刻劃?rùn)C(jī)在基板上直接刻畫條紋，刻線密度可達(dá)每毫米數(shù)千條。優(yōu)點(diǎn)是刻線精度高，但存在刻線誤差可能產(chǎn)生 “鬼線”（雜散衍射光）。
全息光柵：
利用激光干涉原理在光敏材料上記錄干涉條紋，形成正弦形刻槽。無機(jī)械刻劃誤差，鬼線干擾小，適用于高分辨率光譜儀器，但刻線密度受限于激光波長(zhǎng)，效率略低于刻劃光柵。
3. 閃耀光柵（定向光柵）：通過特殊設(shè)計(jì)刻槽的傾斜角度（閃耀角），將光能量集中到特定衍射級(jí)次（如一級(jí)衍射），避免零級(jí)衍射的能量浪費(fèi)。常用于需要高能量單色光的場(chǎng)景，如激光分光、紅外光譜儀。
二、按應(yīng)用場(chǎng)景與功能分類
1. 光譜分析用光柵
高分辨率光柵：刻線密度高（如每毫米 2000 條以上），配合大尺寸基板，用于天文觀測(cè)、化學(xué)分析等領(lǐng)域分辨波長(zhǎng)接近的譜線。
寬波段光柵：兼顧紫外到近紅外波段，用于快速光譜掃描，如環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備。
2. 激光與光通信光柵
體布拉格光柵（VBG）：在晶體或玻璃內(nèi)部形成三維周期性結(jié)構(gòu)，利用布拉格衍射選擇性反射特定波長(zhǎng)激光，用于激光器波長(zhǎng)鎖定。
光纖光柵：在光纖芯層寫入周期性折射率變化，用于光通信中的波長(zhǎng)濾波、光纖傳感（如監(jiān)測(cè)溫度、應(yīng)變）。
3. 顯示與成像光柵
衍射光柵：用于投影儀、AR/VR 設(shè)備中生成彩色圖像，或在手機(jī)攝像頭中抑制紅外光干擾。
振幅型與相位型光柵：通過調(diào)控光的振幅（透光率）或相位（波前形狀）實(shí)現(xiàn)成像，如相位光柵可用于光束整形。
三、按周期性維度分類
一維光柵：刻線沿單一方向周期性排列，是最常見的類型（如平面光柵）。
二維光柵：在平面上呈網(wǎng)格狀周期性結(jié)構(gòu)，可對(duì)不同方向的光同時(shí)調(diào)控，用于偏振分光、光束分束。
三維光柵：周期性結(jié)構(gòu)延伸至空間三維（如光子晶體），可完全禁止特定波長(zhǎng)光的傳播，用于光通信中的帶隙調(diào)控。
四、其他特殊類型
可調(diào)諧光柵：通過機(jī)械形變或電光效應(yīng)改變光柵周期，實(shí)現(xiàn)衍射波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，如可調(diào)諧激光器中的關(guān)鍵元件。
金屬 - 介質(zhì)復(fù)合光柵：結(jié)合金屬表面等離子體共振特性，增強(qiáng)對(duì)特定波長(zhǎng)光的響應(yīng)，用于納米光學(xué)與傳感領(lǐng)域。
不同類型的光柵憑借結(jié)構(gòu)與功能的差異化設(shè)計(jì)，在科研、工業(yè)與日常生活中實(shí)現(xiàn)了對(duì)光的精準(zhǔn)操控，推動(dòng)了光學(xué)技術(shù)的多元發(fā)展。