光学小知识 | 透射光栅的应用领域

透射光栅能够应用于众多不同的领域，提供高效率、低杂散光，并且具备从150到5000线/毫米的多种色散选项，可在300到2500纳米的波长范围内工作。此外，它们还能实现更紧凑、基于透镜的设计。在此，我们回顾了五大最受欢迎的应用领域，以及体全息（VPH）透射光栅在每个领域中的卓越表现。

许多光学系统依赖光栅将光线分解为所需的光谱，通过将光线分散为其组成波长来实现。传统的反射光栅利用一系列平行刻线将多色光分散为其组成颜色，通过控制这些相邻刻槽之间的距离及其各自的角度来设计所需的色散效率曲线。与这种周期性结构的相互作用会导致入射光束的光线之间发生干涉，从而导致输出光束的色散。透射光栅基于相同的干涉基本原理，通过周期性结构工作，但会透射衍射光，从而实现更紧凑、基于透镜的光学设计。

制造商通常会根据关键参数（如分辨率、波长范围、同时带宽、信号偏振和减小设备尺寸）来提供针对特定最终使用场景优化的光栅。体全息（VPH）透射光栅是传统刻划表面浮雕反射光栅的高性能替代品。此外，独特的VPH技术提供了相当的设计灵活性，以满足各种应用所需的性能目标。本文中，我们将简要概述透射光栅的五个流行应用领域。

激光脉冲压缩

脉冲压缩光栅用于激光应用，以在单一偏振下以极高的透射率压缩或拉伸超快激光脉冲。透射光栅提供具有高均匀性和低散射的偏振增强设计，用于在飞秒或皮秒级压缩激光脉冲，所有这些光栅均采用低波前误差制造，以维持关键光束均匀性并最大化脉冲功率。

紫外-可见光、近红外和拉曼光谱

在电磁光谱的紫外-可见光（UV-VIS）和近红外（NIR）区域具有宽带能力的透射光栅，非常适合用于低光强光谱应用，能够更有效地检测诸如拉曼散射和荧光等相对较弱的信号。这些应用中的透射配置也有助于更完整地校正像差，并实现更小、更热稳定的尺寸。

高光谱成像

高光谱成像是RGB多色光谱成像的一种演变形式，能够同时检测连续的光谱线。这要求透射光栅在整个极宽的波长范围内具有尽可能高的效率和低偏振依赖性，以及低波前误差以保持图像清晰度。透射光栅还使得高光谱成像的光学设计可以通过使用光栅棱镜（grisms）——光栅和棱镜的组合——实现紧凑且易于对准的直通式设计。

天文望远镜

与其他任何研究领域相比，天文光学需要格外小心地精确操作，以减少在极低光强条件下的图像失真，从而获取可能来自光年之外物体的详细光谱。VPH透射光栅提供高线频率和宽带性能，可以通过角度调谐来覆盖更宽的范围。这些光栅通常用于大型望远镜中，其中一套多个大型光栅（尺寸可达30厘米）可能被用来覆盖所需的光谱范围。

 光学相干断层扫描

光谱域光学相干断层扫描（SD-OCT）是一种强大的技术，使用可见光或近红外（NIR）光以三维方式可视化次表面组织结构，主要用于医学诊断和无损检测。OCT需要在宽带宽上实现高信噪比控制，以在整个系统的全工作深度内生成高分辨率图像。为OCT设计的透射光栅针对所有偏振的高透射效率进行了优化，即使在带宽的极端位置也能实现，从而降低了信噪比的滚降，获得更清晰、更深的OCT图像。

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