【光电集成】刻划光栅和全息光栅的区别

今日光电 2023-07-29 18:01
今日光电
       有人说,20世纪是电的世纪,21世纪是光的世纪;知光解电,再小的个体都可以被赋能。欢迎来到今日光电!



----与智者为伍 为创新赋能----

由于刻划光栅和全息光栅的制造工艺之间的区别,每种类型的光栅相对于另一种都有优点和缺点,本文将对其进行简单描述。

光栅效率的差异

刻划光栅和全息光栅的效率曲线通常相差很大,尽管这是凹槽轮廓差异的直接结果,而不是严格地由于制造主光栅的方法。例如,使用Sheridon方法制造的全息光栅具有几乎三角形的凹槽轮廓,因此其效率曲线看起来更像刻划光栅而不是正弦凹槽全息光栅。

没有明确的经验法来描述刻划光栅和全息光栅之间效率曲线的差异;深入了解这些差异的最佳方法是查看每种光栅类型的代表性效率曲线。Loewen和Popov的《衍射光栅及其应用》一书收集了大量关于平面反射光栅、透射光栅、阶梯光栅和凹光栅效率行为的效率曲线和评论。

散射光的差异

由于全息光栅不需要将凹槽抛光成金属薄层,因此其凹槽上的表面不规则性与刻划光栅不同。此外,在同时形成所有凹槽的干涉光栅中不存在划线误差,划线误差是刻划光栅具有一个又一个凹槽的事实的表现。全息光栅,如果制作得当,可以完全没有小的周期性和随机凹槽放置误差。全息光栅可以为从光栅表面散射的光具有性能限制的光谱系统提供优势,例如在固体样品拉曼光谱的研究中,尽管适当的仪器设计对于确保光学系统的性能不受其他杂散光源的限制至关重要。

虽然全息光栅通常比早期的刻划光栅表现出更低的散射光,但现代控制系统和改进的母版涂层已经产生了刻划母版,其复制品表现出的散射光与全息母版的复制品一样低。一些商业上可买到的拉曼光谱仪现在使用刻划光栅,因为它们的散射光特性甚至适用于如此苛刻的应用。

凹槽轮廓的差异和限制

凹槽轮廓对从光栅衍射的光强度具有显著影响。虽然刻线光栅可能具有三角形或梯形凹槽轮廓,但全息光栅通常具有正弦(或近似正弦)凹槽轮廓(见图4-5)。刻划光栅和全息光栅,除了凹槽轮廓外,在各个方面都是相同的,对于给定的波长和光谱阶次,将具有明显不同的效率(衍射强度)。此外,刻划光栅比全息光栅更容易闪耀(通过选择抛光金刚石的适当形状),全息光栅通常通过离子轰击(离子蚀刻)闪耀。衍射到光栅的使用阶数中的强度的差异意味着所有其他阶次中强度的差异;其他阶数的过量能量通常使得杂散光的抑制更加困难。

光栅表面上凹槽轮廓特性的分布也可能在刻划光栅和全息光栅之间有所不同。对于刻划凹面光栅,分面角度不一致,有效闪耀波长从光栅的一侧到另一侧都不同。另一方面,全息光栅通常在其表面上表现出更小的效率特性变化。光栅是通过在刻划过程中改变衬底上不同位置的刻面角度来刻划的。这些所谓的 "multipartite"光栅,其中划线被中断,金刚石在光栅宽度的不同位置重新定向,显示出增强的效率,但不能提供不间断划线所期望的分辨率(因为凹槽的每个部分可能与其他部分异相)。

图4-5 适用于刻划光栅和全息光栅的理想凹槽轮廓。(a) 三角形凹槽,代表典型刻划光栅的轮廓。(b) 正弦凹槽,代表典型全息光栅的轮廓。

可获得凹槽频率范围

刻划光栅和全息光栅每毫米的凹槽数量可以在非常宽的范围内变化。这两种类型的光栅都可以用非常粗糙的凹槽图案制成——刻划光栅低至30g/毫米,全息光栅低至1g/毫米。作为上限,全息光栅和刻划光栅都已被生产出凹槽密度高达每毫米10000个凹槽。

凹槽样式的差异

构成绝大多数刻划光栅的经典刻划平面光栅具有等间距的直槽。经典的刻划凹面光栅具有不等间隔的凹槽,这些凹槽在光栅表面上形成圆弧,但当投影到与光栅中心相切的平面上时,这种凹槽图案仍然是一组等间隔的直线。[它是控制成像的投影凹槽图案。]即使是规则可变线空间(VLS)光栅也不包含弯曲凹槽,除非在弯曲基板上。因此,刻划光栅可能的像差降低仅限于刻划槽可能的像差减少,尽管这种限制是由于当今的刻划设备可能发生的机械运动,而不是抛光过程本身。

另一方面,全息光栅不需要具有直槽。可以修改凹槽曲率以减少光谱中的像差,从而提高成像光谱仪的吞吐量和光谱分辨率。一种常见的光谱仪支架是平场光谱仪,其中光谱被成像到平面探测器阵列上,同时监测几个波长。全息光栅可以显著改善这种光栅系统的成像,而经典的刻划光栅不适合在没有辅助光学器件的情况下形成聚焦良好的平面光谱。

基板形状的差异

用于记录全息光栅的干涉图案不取决于衬底形状或尺寸,因此光栅可以更容易地在低数量的衬底上进行干涉记录,而不是在这些衬底上进行机械划线。因此,全息凹面光栅更自然地适用于短焦距的系统。不寻常曲率的全息光栅可以很容易地记录下来;当然,可能仍然存在与这种光栅的复制和测试相关的技术问题。

衬底形状影响光栅效率特性和成像性能。

  • 光栅效率取决于凹槽轮廓以及光入射和衍射的角度;对于凹面光栅,凹槽轮廓和局部角度都随光栅表面位置的变化而变化。这导致效率曲线是光栅的小区域的各种效率曲线的总和,每个区域都有自己的凹槽轮廓以及入射角和衍射角。

  • 光栅成像取决于光栅表面上衍射光线的方向,这反过来又受局部凹槽间距和曲率(即凹槽图案)以及局部入射角的控制。对于用于准直光的传统平面光栅,光栅表面上的凹槽图案和入射角都是相同的,因此所有衍射光线都是平行的。然而,对于凹面衬底上的光栅,凹槽图案通常与位置有关,局部入射角也是如此,因此衍射光线不平行——因此光栅具有聚焦(成像)特性和色散特性。

主基板尺寸的差异

虽然刻划主光栅通常可以大到320 x 420mm,但全息主光栅很少如此大,这是由于记录设备包含非常大的高质量透镜或反射镜的要求,以及由于远离主光栅基板中心的光焦度降低。

主光栅生成时间的差异

通过对每个凹槽进行单独抛光而形成刻划主光栅;要做到这一点,刻划金刚石可能会移动非常大的距离来刻划一个光栅。例如,尺寸为100 x 100毫米、每毫米有1000个凹槽的方形光栅需要金刚石移动10公里(超过6英里),这可能需要几周的时间才能确定。

另一方面,在主全息光栅的制造中,凹槽是同时产生的。曝光时间从几分钟到几十分钟不等,这取决于所用激光的强度和光致抗蚀剂在该波长下的光谱响应(灵敏度)。即使计算准备和开发时间,全息主光栅的生产速度也比刻划主光栅快得多。当然,一个极其稳定和清洁的光学记录环境是记录精密全息光栅所必需的。对于平面光栅,需要高级准直光学器件,这可能是对较大光栅的限制。

来源:光子位



申明:感谢原创作者的辛勤付出。本号转载的文章均会在文中注明,若遇到版权问题请联系我们处理。


 

----与智者为伍 为创新赋能----


【说明】欢迎企业和个人洽谈合作,投稿发文。欢迎联系我们
诚招运营合伙人 ,对新媒体感兴趣,对光电产业和行业感兴趣。非常有意者通过以下方式联我们!条件待遇面谈
投稿丨合作丨咨询

联系邮箱:uestcwxd@126.com

QQ:493826566



评论
  • 智能汽车可替换LED前照灯控制运行的原理涉及多个方面,包括自适应前照灯系统(AFS)的工作原理、传感器的应用、步进电机的控制以及模糊控制策略等。当下时代的智能汽车灯光控制系统通过车载网关控制单元集中控制,表现特殊点的有特斯拉,仅通过前车身控制器,整个系统就包括了灯光旋转开关、车灯变光开关、左LED前照灯总成、右LED前照灯总成、转向柱电子控制单元、CAN数据总线接口、组合仪表控制单元、车载网关控制单元等器件。变光开关、转向开关和辅助操作系统一般连为一体,开关之间通过内部线束和转向柱装置连接为多,
    lauguo2013 2024-12-10 15:53 78浏览
  • RK3506 是瑞芯微推出的MPU产品,芯片制程为22nm,定位于轻量级、低成本解决方案。该MPU具有低功耗、外设接口丰富、实时性高的特点,适合用多种工商业场景。本文将基于RK3506的设计特点,为大家分析其应用场景。RK3506核心板主要分为三个型号,各型号间的区别如下图:​图 1  RK3506核心板处理器型号场景1:显示HMIRK3506核心板显示接口支持RGB、MIPI、QSPI输出,且支持2D图形加速,轻松运行QT、LVGL等GUI,最快3S内开
    万象奥科 2024-12-11 15:42 66浏览
  • 概述 通过前面的研究学习,已经可以在CycloneVGX器件中成功实现完整的TDC(或者说完整的TDL,即延时线),测试结果也比较满足,解决了超大BIN尺寸以及大量0尺寸BIN的问题,但是还是存在一些之前系列器件还未遇到的问题,这些问题将在本文中进行详细描述介绍。 在五代Cyclone器件内部系统时钟受限的情况下,意味着大量逻辑资源将被浪费在于实现较大长度的TDL上面。是否可以找到方法可以对此前TDL的长度进行优化呢?本文还将探讨这个问题。TDC前段BIN颗粒堵塞问题分析 将延时链在逻辑中实现后
    coyoo 2024-12-10 13:28 101浏览
  • 【萤火工场CEM5826-M11测评】OLED显示雷达数据本文结合之前关于串口打印雷达监测数据的研究,进一步扩展至 OLED 屏幕显示。该项目整体分为两部分: 一、框架显示; 二、数据采集与填充显示。为了减小 MCU 负担,采用 局部刷新 的方案。1. 显示框架所需库函数 Wire.h 、Adafruit_GFX.h 、Adafruit_SSD1306.h . 代码#include #include #include #include "logo_128x64.h"#include "logo_
    无垠的广袤 2024-12-10 14:03 69浏览
  • 时源芯微——RE超标整机定位与解决详细流程一、 初步测量与问题确认使用专业的电磁辐射测量设备,对整机的辐射发射进行精确测量。确认是否存在RE超标问题,并记录超标频段和幅度。二、电缆检查与处理若存在信号电缆:步骤一:拔掉所有信号电缆,仅保留电源线,再次测量整机的辐射发射。若测量合格:判定问题出在信号电缆上,可能是电缆的共模电流导致。逐一连接信号电缆,每次连接后测量,定位具体哪根电缆或接口导致超标。对问题电缆进行处理,如加共模扼流圈、滤波器,或优化电缆布局和屏蔽。重新连接所有电缆,再次测量
    时源芯微 2024-12-11 17:11 70浏览
  • 习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-10 16:13 105浏览
  • 近日,搭载紫光展锐W517芯片平台的INMO GO2由影目科技正式推出。作为全球首款专为商务场景设计的智能翻译眼镜,INMO GO2 以“快、准、稳”三大核心优势,突破传统翻译产品局限,为全球商务人士带来高效、自然、稳定的跨语言交流体验。 INMO GO2内置的W517芯片,是紫光展锐4G旗舰级智能穿戴平台,采用四核处理器,具有高性能、低功耗的优势,内置超微高集成技术,采用先进工艺,计算能力相比同档位竞品提升4倍,强大的性能提供更加多样化的应用场景。【视频见P盘链接】 依托“
    紫光展锐 2024-12-11 11:50 44浏览
  • 一、SAE J1939协议概述SAE J1939协议是由美国汽车工程师协会(SAE,Society of Automotive Engineers)定义的一种用于重型车辆和工业设备中的通信协议,主要应用于车辆和设备之间的实时数据交换。J1939基于CAN(Controller Area Network)总线技术,使用29bit的扩展标识符和扩展数据帧,CAN通信速率为250Kbps,用于车载电子控制单元(ECU)之间的通信和控制。小北同学在之前也对J1939协议做过扫盲科普【科普系列】SAE J
    北汇信息 2024-12-11 15:45 73浏览
  • 我的一台很多年前人家不要了的九十年代SONY台式组合音响,接手时只有CD功能不行了,因为不需要,也就没修,只使用收音机、磁带机和外接信号功能就够了。最近五年在外地,就断电闲置,没使用了。今年9月回到家里,就一个劲儿地忙着收拾家当,忙了一个多月,太多事啦!修了电气,清理了闲置不用了的电器和电子,就是一个劲儿地扔扔扔!几十年的“工匠式”收留收藏,只能断舍离,拆解不过来的了。一天,忽然感觉室内有股臭味,用鼻子的嗅觉功能朝着臭味重的方向寻找,觉得应该就是这台组合音响?怎么会呢?这无机物的东西不会腐臭吧?
    自做自受 2024-12-10 16:34 136浏览
  • 全球知名半导体制造商ROHM Co., Ltd.(以下简称“罗姆”)宣布与Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited(以下简称“台积公司”)就车载氮化镓功率器件的开发和量产事宜建立战略合作伙伴关系。通过该合作关系,双方将致力于将罗姆的氮化镓器件开发技术与台积公司业界先进的GaN-on-Silicon工艺技术优势结合起来,满足市场对高耐压和高频特性优异的功率元器件日益增长的需求。氮化镓功率器件目前主要被用于AC适配器和服务器电源等消费电子和
    电子资讯报 2024-12-10 17:09 84浏览
  • 天问Block和Mixly是两个不同的编程工具,分别在单片机开发和教育编程领域有各自的应用。以下是对它们的详细比较: 基本定义 天问Block:天问Block是一个基于区块链技术的数字身份验证和数据交换平台。它的目标是为用户提供一个安全、去中心化、可信任的数字身份验证和数据交换解决方案。 Mixly:Mixly是一款由北京师范大学教育学部创客教育实验室开发的图形化编程软件,旨在为初学者提供一个易于学习和使用的Arduino编程环境。 主要功能 天问Block:支持STC全系列8位单片机,32位
    丙丁先生 2024-12-11 13:15 45浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦