全息光栅与制作工艺的探索

　　一、前言

　　随着光谱仪器不断向小型化方向发展，人们越来越重视对消像差全息凹面光栅的研究。消像差全息凹面光栅的最大特点是它集平面光栅的衍射特性和球面镜的聚焦特性于一体，无需准直系统和聚焦系统，利用这一优点，可使仪器结构紧凑、体积小，具有广阔的发展前景。

　　二、全息光栅

　　物理光栅是由大量等间距、等宽度的平行刻槽构成的，它的作用如同色散棱镜将光产生色散，根据色散光谱来分析样品的结构和性能。所以，光栅是光谱仪器的心脏，是制造精度要求极高的关键元件。物理光栅的分类见图1。

　　从制造方法来看，又可把光栅分为刻划光栅、复制光栅和全息光栅。全息光栅是刻划光栅之后发展起来的，它的性能明显优于刻划光栅(见表1)。

　　从以上分析可以看出，全息光栅是继光栅发展中的一个新的里程碑，它把光栅技术向前推进了一大步。

　　三、lI型和IV型消像差全息凹面光栅的特性

　　消像差全息凹面光栅的最大特点是集平面光栅的衍射特性和球面镜的聚焦特性于一体，无需准直系统和聚焦系统，可作为光谱系统中唯一的光学元件，利用该优点，我们就可使仪器结构非常紧凑，尤其在紫外区，由于无需聚焦、准直镜，使光能量大大提高。

　　II型消像差全息凹面光栅的特点是，当光经过光栅后，它的光谱按波长顺序同时地排列在一个平面上，这样我们可用CCD或光电列阵接受器，与微机相连，用CRT显示，可进行快速分析，实时显示出它特有的优越性，并得到了广泛的应用。

　　IV型消像差全息凹面光栅的特点是使用方便，入射和出射狭缝位置固定，只要光栅绕过其顶点的转轴旋转就可在整个波段范围内扫描，凹面光栅的各种像差都消除到较好的水平。所以谱线成像重复性较好，分辨率高，而且制作方便，成本低，尤其适用于小型单色仪。

    消像差全息凹面光栅的设计可参考文献[1][2]。

　　四、全息光栅的制造

　　全息光栅的制造是以二相干的平面波或球面波以某一角度照射到涂有感光材料的光栅的坯料上，感光材料就记录下干涉条纹，经显影处理后在光栅坯料上形成与干涉条纹明暗强弱相应的正弦波形的槽形、，再在其上真空镀铝，就得到反射型的全息光栅。根据所用坯料的不同形状及制作时波面的不同形状，可分为平面光栅、凹面光栅等。

　　显影是制作全息光栅工艺之一，笔者发现，显影工艺掌握的正确与否会影响光机表面质量。常规的影响方法是将曝光后的光栅坯料放入显影缸中显影，然而显影缸由于长期暴露在空间，显影液经多次显影后会产生交叉污染，这会使光栅表面不清洁，导致杂散光增加，最终使效率降低。经探索和采用“一次性显影方法”，即用少量的显影液集中显影，同时不断更换显影液可使每次显影都在清洁的溶液中进行。实践证明，这种方法是非常有效的。大大地提高了光栅表面的质量。