光柵的分類

光柵是一種由大量等寬等間距的平行狹縫構成的光學元件。它能對入射光的振幅和（或）相位進行空間周期性調(diào)制，從而實現(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，當一束光照射到光柵上時，光會在每個狹縫處發(fā)生衍射，衍射后的光相互干涉，不同波長的光由于滿足干涉加強的條件不同，會以不同的角度射出，從而將復色光分解為單色光，形成光譜。

光柵作為重要的光學元件，可根據(jù)結構特征、工作原理及應用場景分為多種類型：

一、按結構與工作原理分類
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)光柵表面的反射結構（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，簡化光學系統(tǒng)設計。
2. 刻劃光柵與全息光柵
刻劃光柵：
通過機械刻劃機在基板上直接刻畫條紋，刻線密度可達每毫米數(shù)千條。優(yōu)點是刻線精度高，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，效率略低于刻劃光柵。
3. 閃耀光柵（定向光柵）：通過特殊設計刻槽的傾斜角度（閃耀角），將光能量集中到特定衍射級次（如一級衍射），避免零級衍射的能量浪費。常用于需要高能量單色光的場景，如激光分光、紅外光譜儀。
二、按應用場景與功能分類
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、化學分析等領域分辨波長接近的譜線。
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)測設備。
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構，利用布拉格衍射選擇性反射特定波長激光，用于激光器波長鎖定。
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濾波、光纖傳感（如監(jiān)測溫度、應變）。
3. 顯示與成像光柵
衍射光柵：用于投影儀、AR/VR 設備中生成彩色圖像，或在手機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)格狀周期性結構，可對不同方向的光同時調(diào)控，用于偏振分光、光束分束。
三維光柵：周期性結構延伸至空間三維（如光子晶體），可完全禁止特定波長光的傳播，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：通過機械形變或電光效應改變光柵周期，實現(xiàn)衍射波長的動態(tài)調(diào)節(jié)，如可調(diào)諧激光器中的關鍵元件。
金屬 - 介質(zhì)復合光柵：結合金屬表面等離子體共振特性，增強對特定波長光的響應，用于納米光學與傳感領域。
不同類型的光柵憑借結構與功能的差異化設計，在科研、工業(yè)與日常生活中實現(xiàn)了對光的精準操控，推動了光學技術的多元發(fā)展。