
【电】 radial grating
radial
grating; raster
【化】 grating
径向光栅(Radial Grating)是一种具有周期性同心圆结构的光学元件,其名称源于拉丁语"radius"(射线)和德语"Gitter"(栅格)的组合。该装置由一系列围绕中心点呈放射状排列的微米级刻线构成,刻线间距通常遵循严格的数学规律,例如遵循极坐标方程$r = a + bθ$的螺旋排列模式。
在工程应用领域,径向光栅主要承担角度位移测量的核心功能。当光源照射光栅时,其周期性结构会产生明暗交替的莫尔条纹,通过光电探测器捕捉条纹移动量,可实现亚微米级的角位移测量精度。这种特性使其在数控机床的旋转编码器、天文望远镜的方位角定位系统等领域具有不可替代性。
根据国际光学工程学会(SPIE)的定义,径向光栅与直线光栅的关键差异在于其测量维度——前者专精于旋转运动检测,后者则适用于线性位移测量。现代高精度径向光栅的刻划密度可达每圆周3600线对以上,角度分辨率达到0.1角秒量级。
材料科学领域的研究表明,优质径向光栅多采用零膨胀系数玻璃基底配合金刚石车削工艺制造,这种组合能有效消除温度变化引起的测量误差。美国国家标准与技术研究院(NIST)的测试数据显示,此类光栅在-20℃至60℃工况下的热稳定性误差小于0.5角秒。
《精密测量仪器原理》,清华大学出版社
SPIE Optical Engineering Press, Vol.45
NIST Technical Note 1998
径向光栅是光栅的一种特殊类型,其核心特征在于栅线的几何分布形式。以下从定义、结构特点、制作方法及应用场景等方面进行综合解释:
定义与结构 径向光栅的栅线延长线全部通过光栅盘的圆心,形成以圆心为中心的放射状排列。与之相对的另一种圆光栅是切向光栅,其栅线与一个同心小圆相切,而非直接指向圆心。英文中称为“radial grating”。
光学特性 光栅本身是基于衍射原理的光学器件,能将入射光分解为不同波长的光谱。径向光栅作为光栅的细分类型,同样具备这种特性,但因其特殊的径向结构,更适用于环形或旋转对称场景中的光学测量。
制作工艺 径向光栅通常采用接触复印法制作:通过将刻有栅线图案的模板直接接触涂有感光胶的基板,经曝光和显影形成最终的光栅结构。这种工艺避免了光学缩微光刻的复杂流程,适合批量生产。
应用领域 主要应用于精密测量设备,例如:
扩展说明:光栅的刻线密度直接影响其性能,精密光栅每毫米可含数千条刻线。而径向光栅的放射状结构使其在旋转运动检测中具有天然优势,常用于需要极坐标系统分析的场景。
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