长度计量技术:光栅

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光栅是指用玻璃﹑树脂或金属制成的表面具有密集等宽等距线条的光学元件。光栅分为衍射光栅和计量光栅两种。
中文名
计量光栅
外文名
Scientific diffraction gratings
衍射光栅主要用於光谱分析﹔计量光栅用於长度测量。光栅上的线条是用金刚石刀或光刻法刻制在玻璃或金属面上的﹐也常将已经刻制好的光栅复制在树脂或玻璃上和采用全息照相法制造衍射光栅。
  衍射光栅 每毫米约有 300~1200条线(刻制)和1200~3600条线(全息照相)的玻璃或树脂制的光栅。它是光栅光谱仪的主要光学元件﹐用於分析岩石﹑矿物和合金等的化学成分。分析方法是﹕以被分析物为电极产生电弧光﹐经光学准直系统(见直线度测量)后射向衍射光栅。衍射光栅把电弧光分解为一束束单色平行光。将它与各种化学元素的谱线相比较即可知道被测物的化学成分。衍射光栅也常用於分析天文光谱等。
  计量光栅 每毫米约有 20~125条线的玻璃或金属制的尺子或圆盘(图1 计量光栅 )。玻璃光栅用於透射式光栅测量系统﹔金属光栅用於反射式光栅测量系统(见光栅测长技术)。尺子称为光栅尺或长光栅﹔圆盘称为光栅盘或圆光栅。由长的和短的光栅尺各一块组成的光栅副称为计量光栅副﹐其中短的一块称为指示光栅。把指示光栅按线条方向相对光栅尺交叉一个很小的角度后﹐在垂直於线条方向会出现明暗相间的条纹﹐即所谓莫尔条纹(图2 莫尔条纹 )。当光栅尺相对指示光栅移动一个线距时﹐莫尔条纹也会相应地移动一个条纹距离﹐即莫尔条纹本身产生一次明暗的光强变化。当光栅尺与指示光栅发生连续的相对移动时﹐莫尔条纹的光强会产生近似正弦波的周期性变化。莫尔条纹是一种光学放大现象。它的间距远大於光栅线条间距(约放大 1/倍﹐以弧度表示)。因此可方便地利用光电转换元件把莫尔条纹的光强变化转换为电信号﹐通过电子线路计算出光栅尺的位移量。以同样方法也可利用圆光栅副测量角位移。
  莫尔一词源於法语moir。有一种法国水绸(watered silk)又称莫尔绸(moirsilk)。它摺叠起来会出现类似波纹状的花样。莫尔条纹现象是英国人瑞利於1874年发现的。初时应用於检验光栅刻制质量。由於技术条件限制﹐直至20世纪50年代初才开始应用於光栅测量系统。
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