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由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学器件称为光栅，光栅是结合数码科技与传统印刷的技术，能在特制的胶片上显现不同的特殊效果。大尺寸光栅的制造难题就在大于米级或半米级的尺度上，全程保持由于1/50波长的位置控制精度，这是一个严峻的挑战。这里介绍我们发明的达曼光栅并行激光直写技术，通过旋转达曼光栅获得优于亚纳米的调谐精度，用于解决大尺寸光栅的制造难题。

8月上旬，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所承担的“FASOT大面积中阶梯光栅”项目验收评审。

该项目研制的6块300mm×500mm大尺寸中阶梯光栅是目前世界上应用刻划光栅中单块面积最大的光栅，用于基金委国家重大科研仪器研制项目“光纤阵列太阳光学望远镜(FASOT)研制”。

什么是阶梯光栅

是一种刻线密度较低，但刻线的形状是针对高入射角，即高衍射阶数的衍射光栅。

高衍射阶数可以使光谱发生进一步色散，从而为探测器提供更详细的特征。阶梯光栅和其他类型的衍射光栅一样使用于光谱仪与其他类似仪器。阶梯光栅最常用在高分辨率横向色散摄谱仪，尤其是太阳系外行星探测器上，例如高精度径向速度行星搜索器、印度物理研究实验室先进径向速度全天巡天等许多天文仪器。一般可分为大、中、小三种。一般而言，每毫米内刻10条线以下的叫大阶梯光栅。每毫米内刻10至400条线，称之为中阶梯光栅。400条以上的称之为小阶梯光栅。

衍射光栅是光栅的一种。它通过有规律的结构，使入射光的振幅或相位(或两者同时)受到周期性空间调制。衍射光栅在光学上的最重要应用是作为分光器件，常被用于单色仪和光谱仪上。实际应用的衍射光栅通常是在表面上有沟槽或刻痕的平板。这样的光栅可以是透射光栅或反射光栅。可以调制入射光的相位而不是振幅的衍射光栅也能生产。通常所讲的衍射光栅是基于夫琅禾费多缝衍射效应工作的。描述光栅结构与光的入射角和衍射角之间关系的公式叫“光栅方程”。波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源;这些次波源再发出球面次波，则以后某一时刻的波阵面，就是该时刻这些球面次波的包络面(惠更斯原理)。

阶梯光栅的原理

和其他种衍射光栅一样的是，阶梯光栅在概念上同样是由许多宽度与所衍射光源的波长相近的狭缝所组成。垂直入射标准光栅的单一波长光线会在特定角度被衍射到中央零阶和连续的高阶区域，衍射程度取决于光栅密度与波长比和选择的阶数而定。各高阶衍射的分离角度单调递减且达到极为接近的程度，但低阶部分会完全分离。衍射图案的强度可以透过改变光栅倾斜角改变。反射光栅的部分(光栅孔被高反射率平面取代)可以倾斜以散射大部分光源到使用者需要的方向(以及特定衍射阶数)。对于多波长光源是可以实现的，但较高阶的长波长衍射光可能覆盖较短波长的较低一阶光线，这通常是使用者不想要发生的副作用。

然而，阶梯光栅的设计则是故意让较高阶衍射光线覆盖，并且闪烁状态被优化以应用在多个高阶衍射光重叠的状态。因为重叠光线无法直接应用，必须在光路上再垂直装设一个二次色散元件(光栅或棱镜)才能在光束路径上以按照阶数分开不同阶衍射光线或交叉分离。因此，产生的光谱会是一整条投影在特定成像面，包含不同波长，但有少数区域重叠的连续性多波段带状倾斜图案。正是这样的设计可克服宽波段高分辨率光谱设备成像问题。因此常用于极长的线性感测器阵列或者会产生强散焦像差等其他种类像差的光学系统使用。阶梯光栅让容易制造的二维感测器阵列是可行的，并因此减少了量测时间与增加效率。

延伸阅读：

光纤阵列太阳光学望远镜(简称FASOT)

中国科学院云南天文台屈中权研究员等提出的FASOT，是基于他们最初推出的具有原创意义的偏振分析器结合在国外得到广泛应用的积分视场单元(IFU)技术的一台新型的太阳观测仪器。它致力于获得太阳大气中物质和能量(尤其是磁场能量)从光球底层到色球高层的精确传输过程信息。利用其对观测区域进行高时间分辨率和高偏振测量精度结合观测的特点，我们可以发现太阳大气中新的快变现象，也能通过以上信息使我们更深刻地理解太阳大气中特别是对空间天气有决定影响的爆发现象。该望远镜的创新性得到了国内外权威人士的充分肯定。

新闻来源：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所