凹面反射光柵可以被建模為分散的凹面鏡;它可以被認為是通過其孔來反射和聚焦光，并通過其凹槽圖案來分散光。凹槽圖案還可以有助于像差減少的凹面光柵聚焦。

自從Henry Rowland在一百多年前發(fā)明凹面衍射光柵以來，凹面衍射光柵在光譜分析中發(fā)揮了重要作用。與平面光柵相比，它們提供了一個重要的優(yōu)點：它們?yōu)楣鈻盘峁┝司劢?成像)特性，否則必須由單獨的光學元件提供。對于低于110nm的光譜，對于可用反射鏡涂層的反射率較低的光譜，凹光柵允許沒有聚焦反射鏡的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)將使通量降低兩個或更多個數量級。

已經設計了許多用于凹面光譜儀的結構。有些是羅蘭圓的變體，而有些則將光譜放在平坦的場上，這更適合于電荷耦合器件(CCD)陣列儀器。Seya Namioka凹光柵單色儀特別適合通過繞其自身軸旋轉光柵來掃描光譜。

光柵類型的分類

凹入光柵系統(tǒng)的成像特性由入射和出射光學器件的尺寸、位置和取向、由光柵引起的像差、以及由光柵引起的衍射，以及系統(tǒng)中任何輔助光學器件引起的像差來控制。衍射光柵本身的成像特性完全由其襯底的形狀(其曲率或圖形)以及凹槽的間距和曲率(其凹槽圖案)決定。光柵根據其凹槽圖案和襯底曲率進行分類。

凹槽圖案

經典光柵是指其凹槽在投影到切平面上時形成一組等距直線的光柵。直到20世紀80年代，絕大多數光柵都是經典的，因為任何偏離均勻間距、凹槽平行度或凹槽直線度的情況都被認為是缺陷。傳統(tǒng)光柵通常通過機械刻劃和干涉(全息)記錄來制作。

第一代全息光柵的凹槽由共聚焦雙曲面族(或橢球體)與光柵基底的相交形成。當投影到切平面上時，這些凹槽的間距和曲率都不相等。第一代全息光柵是通過將主光柵記錄在由兩組球面波前產生的場中而形成的，每一組球面波前可以從點源發(fā)出或聚焦到虛擬點。

第二代全息光柵使來自其點源的光被凹面鏡反射(或透射通過透鏡)，使得記錄波前是環(huán)形的。

可變線空間(VLS)光柵是這樣一種光柵，其凹槽在投影到切平面上時形成一組平行直線，其間距因凹槽而異。改變光柵表面上的凹槽間距會移動切向聚焦曲線，而保持凹槽平直和平行會保持矢狀聚焦曲線固定。

基板(空白)形狀

凹面光柵是指其表面是凹面的光柵，無論其凹槽圖案或輪廓如何，也無論其使用的底座如何。例如，球形基底(其表面是球體的一部分，可通過一個半徑定義)和環(huán)形基底(可通過兩個半徑限定)。球形基底是迄今為止最常見的凹形基底類型，因為它們易于制造和公差，并且可以直接復制。環(huán)形基底更難對齊、公差和復制，但像散通常比使用球形基底更容易校正。也可以使用更通用的基底形狀，如橢球形或拋物面基底，但公差和復制復雜性使這些光柵表面脫離主流。此外，使用其表面比環(huán)面的表面更通用的非球面基底，對于兩個最低階像差(離焦和像散;)沒有提供任何額外的設計自由度;因此，在商業(yè)儀器中，由于非球面襯底而改進的成像值得付出成本的情況非常少。

凹光柵的形狀(僅考慮球體和環(huán)面)可以通過其半徑或曲率來表征。襯底切片在主(色散)平面中的半徑稱為切向半徑R，而在平行于光柵中心凹槽的平面中的徑向半徑稱為矢狀半徑p。等效地，我們可以定義切向曲率1/R和矢狀曲率1/p。對于球形基底，R=p。

平面光柵是指表面是平面的光柵。雖然平面光柵可以被認為是凹光柵的一種特殊情況(基板的曲率半徑變?yōu)闊o窮大)，平面光柵的情況可以簡單地通過讓R(和p)。

審核編輯 黃宇