一種反射式線性頻域光柵及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種反射式線性頻域光柵及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的衍射光柵或棱鏡對光的色散是波長線性的。這里所謂的對光的色散是波 長線性的，是指現(xiàn)有的衍射光柵或棱鏡，由于其入射光波長的不同，其出射光的出射角也不 同，其入射光的波長與出射光的出射角之間存在線性關(guān)系。所以，由傳統(tǒng)的衍射光柵或棱鏡 制作的光譜儀只能是波長線性的。此時(shí)，入射光的頻率與出射光的出射角之間是非線性的。 在很多場合，需要光學(xué)器件對光的色散是頻率線性的，即入射光經(jīng)過特定的光學(xué)器件衍射 之后，入射光的頻率與出射光的出射角之間存在線性關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了使光學(xué)器件對光進(jìn)行頻率線性的衍射，本發(fā)明提出了一種反射式線性頻域光 柵的設(shè)
[0004] 計(jì)方法，包括直接對棱鏡的一個(gè)斜面進(jìn)行刻蝕以形成衍射層，根據(jù)需要可以鍍以 反射膜從而
[0005] 對衍射層給予保護(hù)；由
[0006] n0sin 9 0= n (入）sin 9 !
[0007] 得到入射光經(jīng)過光學(xué)玻璃界面后的出射角，其中％為第一介質(zhì)的折射率，n ( A )為 第二介質(zhì)的折射率，此處的第一介質(zhì)可以是空氣，此處的第二介質(zhì)是棱鏡，為入射光入 射棱鏡的入射角，為入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角；由
[0008] sin 0 != -sin(0 2+ a a 2)
[0009] 得到入射光進(jìn)入衍射層時(shí)的入射角0 2，其中a :和a 2是棱鏡的兩個(gè)底角；
[0010] 然后由光柵方程：
[0011] 入? y .爪二]!(入）?（sin 9 2+sin 9 3)
[0012] 得到入射光經(jīng)過衍射層后的衍射角，其中X為入射光的波長，y為衍射層的單 位條紋數(shù)，m為衍射光所在的級數(shù)，0 3為入射光被衍射層反射后的衍射角；棱鏡的折射率 n( A )由制作棱鏡的光學(xué)材料決定，具體為
[0013]
[0014] 其中n( A)為棱鏡的光學(xué)折射率，^山^^為表征制作棱鏡的光學(xué)材料 的光學(xué)特性的常數(shù)參數(shù)；對于底角為a的等角棱鏡，由
[0015]
[0016] 得到入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角，其中04為入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角；由
[0017] 9 3=sirf1 ( u 入 _0? 5 u 入 c) -sirf1 (0? 5 u 入 c) +sirf1 (n (入）cos a )
[0018] 對波數(shù)的微分式
[0021] 對波數(shù)的微分式
[0027] 得到 [0028]
[0029] 其中，A。為入射光譜的中心波長，k為波數(shù)，k=2it/A;k。為入射光譜的中心波長 所對應(yīng)的波數(shù)，ke=2 Jr / A。;選擇適當(dāng)?shù)腒 K2、K3、Q、L2、L#P衍射層的單位條紋數(shù)y從而 se4 使得對波數(shù)k為常數(shù)，則入射光經(jīng)過由衍射層和棱鏡構(gòu)成的線性頻域光柵衍射后為 頻率線性的。
[0030] 本發(fā)明還提出了一種反射式線性頻域光柵，由本發(fā)明的反射式線性頻域光柵的設(shè) 計(jì)方法設(shè)計(jì)得到，包括衍射層和棱鏡；對棱鏡的一個(gè)斜面進(jìn)行刻蝕以形成所述的衍射層，根 據(jù)需要可以為衍射層鍍上反射膜從而對衍射層給予保護(hù)；令
[0031]
56>4
[0033]則所述棱鏡的{^、{^、{^、[^、。、[^和衍射層的單位條紋數(shù)^滿足如下條件：^^. 對波數(shù)k為常數(shù)；其中，k=2it/ A，A為入射光的波長；Kn K2、K3、Q、L2、L#表征制作棱鏡 的光學(xué)材料的光學(xué)特性的常數(shù)參數(shù)
，n ( A )為棱鏡 的折射率；Q 3為入射光經(jīng)過衍射層后的衍射角；a為棱鏡的底角；k。為入射光譜的中心波 長所對應(yīng)的波數(shù)，ke=2 31/X。，A。為入射光譜的中心波長；S 0 4為本發(fā)明的一種反射式線 性頻域光柵的設(shè)計(jì)方法中的S 04。
[0034] 入射光經(jīng)過本發(fā)明的反射式線性頻域光柵衍射后形成的光譜是頻率線性的。本 發(fā)明的反射式線性頻域光柵可用于制作線性頻域光譜儀，制作的線性頻域光譜儀具有體積 小、重量輕、零散器件數(shù)目少、組裝和調(diào)試時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，有效降低了線性頻域光譜儀由于 界面反射帶來的光損失和光噪聲，同時(shí)降低了線性頻域光譜儀的制造成本。本發(fā)明的反射 式線性頻域光柵，廣泛適用于光學(xué)成像OCT、光譜分析、光通訊等現(xiàn)代光譜學(xué)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的一種反射式線性頻域光柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一種反射式線性頻域光柵及其設(shè)計(jì)方法。
[0037] 實(shí)施例1
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明的一種反射式線性頻域光柵的設(shè)計(jì)方法，包括直接對棱鏡的 一個(gè)斜面進(jìn)行刻蝕以形成衍射層，根據(jù)需要可以鍍以反射膜從而對衍射層給予保護(hù)；由
[0039] n0sin 9 0= n (入）sin 9 !
[0040] 得到入射光經(jīng)過光學(xué)玻璃界面后的出射角，其中％為第一介質(zhì)的折射率，n ( x )為 第二介質(zhì)的折射率，此處的第一介質(zhì)可以是空氣，此處的第二介質(zhì)是棱鏡，為入射光入 射棱鏡的入射角，為入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角；由
[0041] sin 0 != -sin(0 2+ a a 2)
[0042] 得到入射光進(jìn)入衍射層時(shí)的入射角0 2，其中a :和a 2是棱鏡的兩個(gè)底角；
[0043] 然后由光柵方程：
[0044] 入? y .爪二]!(入）?（sin 9 2+sin 9 3)
[0045] 得到入射光經(jīng)過衍射層后的衍射角，其中X為入射光的波長，y為衍射層的單 位條紋數(shù)，m為衍射光所在的級數(shù)，0 3為入射光被衍射層反射后的衍射角；棱鏡的折射率 n( A )由制作棱鏡的光學(xué)材料決定，具體為
[0046]
[0047] 其中n ( A )為棱鏡的光學(xué)折射率，Kp K2、K3、Lp L2、L3為表征制作棱鏡的光學(xué)材料 的光學(xué)特性的常數(shù)參數(shù)；對于底角為a的等角棱鏡，由
[0048]
[0049] 得到入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角，其中04為入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角；由
[0050] 9 3= sin ( u 入 _0? 5 u 入 c) -sirf1 (0? 5 u 入 c) +8；[]1-1 (n (入）cos a )
[0061]
[0062] 其中，X。為入射光譜的中心波長，k為波數(shù)，k = 2it/ X ;k。為入射光譜的中心波 長所對應(yīng)的波數(shù)，ke= 2 Jr / A。;選擇適當(dāng)?shù)腒 K2、K3、Q、L2、LjP衍射層的單位條紋數(shù)y SO, 從而使得^^對波數(shù)k為常數(shù)，則入射光經(jīng)過由衍射層和棱鏡構(gòu)成的線性頻域光柵衍射后 為頻率線性的。
[0063] 如圖1所示，本發(fā)明的一種反射式線性頻域光柵，由本發(fā)明的反射式線性頻域光 柵的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到，包括衍射層2和棱鏡3 ;對棱鏡3的一個(gè)斜面進(jìn)行刻蝕以形成所述 的衍射層2,衍射層2上根據(jù)需要可以鍍有反射膜1，反射膜1可以保護(hù)衍射層2 ;令
[0064]
se4
[0065] 則所述棱鏡的{^、{^、{^、"、、、[^和衍射層的單位條紋數(shù)^滿足如下條件：^^ 對波數(shù)k為常數(shù)；其中，k = 2 Jr /A，A為入射光的波長；&、K2、K3、LpL2、L3為表征制作棱 鏡的光學(xué)材料的光學(xué)特性的常數(shù)參數(shù)；：
（A)為棱 鏡的折射率；Q 3為入射光經(jīng)過衍射層后的衍射角；a為棱鏡的底角；k。為入射光譜的中心 波長所對應(yīng)的波數(shù)，ke= 2 31/A。，A。為入射光譜的中心波長；S 0 4為本發(fā)明的一種反射 式線性頻域光柵的設(shè)計(jì)方法中的S 04。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種反射式線性頻域光柵的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括直接對棱鏡的一個(gè)斜面進(jìn) 行刻蝕以形成衍射層，由 n0sin 0 0= n (入）sin 0 : 得到入射光經(jīng)過光學(xué)玻璃界面后的出射角，其中％為第一介質(zhì)的折射率，n(A)為第二 介質(zhì)的折射率，此處的第一介質(zhì)可以是空氣，此處的第二介質(zhì)是棱鏡，0 ^為入射光入射棱 鏡的入射角，0i為入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角；由 sin 0 != -sin( 0 2+ a a 2) 得到入射光進(jìn)入衍射層時(shí)的入射角02，其中a:和a2是棱鏡的兩個(gè)底角； 然后由光柵方程： 入? y .爪二]!(入）?（sin 9 2+sin 9 3) 得到入射光經(jīng)過衍射層后的衍射角，其中A為入射光的波長，y為衍射層的單位條紋 數(shù)，m為衍射光所在的級數(shù)，03為入射光被衍射層反射后的衍射角；棱鏡的折射率n(x)由 制作棱鏡的光學(xué)材料決定，具體為其中n(A)為棱鏡的光學(xué)折射率，KpK2、K3、LpL2、L3為表征制作棱鏡的光學(xué)材料的光 學(xué)特性的常數(shù)參數(shù)；對于底角為a的等角棱鏡，由得到入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角，其中04為入射光經(jīng)過棱鏡后的出射角；由 9 3= sin ( y入-〇? 5 y入c) -sirf1 (0? 5 y入c) +8；[]1-1 (n (入）cos a ) 對波數(shù)的微分式對波數(shù)的微分式對波數(shù)的微分式其中，X。為入射光譜的中心波長，k為波數(shù)，k= 2Jr/A;k。為入射光譜的中心波長所 對應(yīng)的波數(shù)，ke= 2Jr/A。;選擇適當(dāng)?shù)腒K2、K3、Q、L2、L#P衍射層的單位條紋數(shù)y從而 Sd4 使得^對波數(shù)k為常數(shù)。2.如權(quán)利要求1所述的一種反射式線性頻域光柵的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述棱鏡 是等角棱鏡。3. -種反射式線性頻域光柵，其特征在于，由權(quán)利要求1所述的一種反射式線性頻域 光柵的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)得到，所述的反射式線性頻域光柵包括衍射層和棱鏡；對棱鏡的一個(gè) 斜面進(jìn)行刻蝕以形成所述的衍射層，令則所述棱鏡的1(1、1(2、1(3、1 1、12、1^和衍射層的單位條紋數(shù)11滿足如下條件：對波 數(shù)k為常數(shù)；其中，k= 2Jr/A，A為入射光的波長；KnK2、K3、Q、L2、L3為表征制作棱鏡的 光學(xué)材料的光學(xué)特性的常數(shù)參數(shù)；n(X)為棱鏡的 折射率；0 3為入射光經(jīng)過衍射層后的衍射角；a為棱鏡的底角；k。為入射光譜的中心波長 所對應(yīng)的波數(shù)，ke= 2Jr/A。，A。為入射光譜的中心波長；S0 4為權(quán)利要求1的一種反射 式線性頻域光柵的設(shè)計(jì)方法中的S04。4. 如權(quán)利要求3所述的一種反射式線性頻域光柵，其特征在于，衍射層上鍍有反射膜。5. 如權(quán)利要求3所述的一種反射式線性頻域光柵，其特征在于，所述棱鏡可以是等角 棱鏡。
【專利摘要】本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種反射式線性頻域光柵及其設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的反射式線性頻域光柵包括衍射層和棱鏡；對棱鏡的一個(gè)斜面進(jìn)行刻蝕以形成所述的衍射層，根據(jù)需要可以為衍射層鍍上反射膜。入射光經(jīng)過本發(fā)明的反射式線性頻域光柵衍射后形成的光譜是頻率線性的。本發(fā)明的反射式線性頻域光柵可用于制作線性頻域光譜儀，制作的線性頻域光譜儀具有體積小、重量輕、零散器件數(shù)目少、組裝和調(diào)試時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，有效降低了線性頻域光譜儀由于界面反射帶來的光損失和光噪聲，同時(shí)降低了線性頻域光譜儀的制造成本。本發(fā)明的反射式線性頻域光柵，廣泛適用于光學(xué)成像OCT、光譜分析、光通訊等現(xiàn)代光譜學(xué)領(lǐng)域。
【IPC分類】G02B5/18, G02B27/00
【公開號】CN104991301
【申請?zhí)枴緾N201510424703
【發(fā)明人】胡志林
【申請人】美昇科技（成都）有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月19日