
【電】 radial grating
radial
grating; raster
【化】 grating
徑向光栅(Radial Grating)是一種具有周期性同心圓結構的光學元件,其名稱源于拉丁語"radius"(射線)和德語"Gitter"(栅格)的組合。該裝置由一系列圍繞中心點呈放射狀排列的微米級刻線構成,刻線間距通常遵循嚴格的數學規律,例如遵循極坐标方程$r = a + bθ$的螺旋排列模式。
在工程應用領域,徑向光栅主要承擔角度位移測量的核心功能。當光源照射光栅時,其周期性結構會産生明暗交替的莫爾條紋,通過光電探測器捕捉條紋移動量,可實現亞微米級的角位移測量精度。這種特性使其在數控機床的旋轉編碼器、天文望遠鏡的方位角定位系統等領域具有不可替代性。
根據國際光學工程學會(SPIE)的定義,徑向光栅與直線光栅的關鍵差異在于其測量維度——前者專精于旋轉運動檢測,後者則適用于線性位移測量。現代高精度徑向光栅的刻劃密度可達每圓周3600線對以上,角度分辨率達到0.1角秒量級。
材料科學領域的研究表明,優質徑向光栅多采用零膨脹系數玻璃基底配合金剛石車削工藝制造,這種組合能有效消除溫度變化引起的測量誤差。美國國家标準與技術研究院(NIST)的測試數據顯示,此類光栅在-20℃至60℃工況下的熱穩定性誤差小于0.5角秒。
《精密測量儀器原理》,清華大學出版社
SPIE Optical Engineering Press, Vol.45
NIST Technical Note 1998
徑向光栅是光栅的一種特殊類型,其核心特征在于栅線的幾何分布形式。以下從定義、結構特點、制作方法及應用場景等方面進行綜合解釋:
定義與結構 徑向光栅的栅線延長線全部通過光栅盤的圓心,形成以圓心為中心的放射狀排列。與之相對的另一種圓光栅是切向光栅,其栅線與一個同心小圓相切,而非直接指向圓心。英文中稱為“radial grating”。
光學特性 光栅本身是基于衍射原理的光學器件,能将入射光分解為不同波長的光譜。徑向光栅作為光栅的細分類型,同樣具備這種特性,但因其特殊的徑向結構,更適用于環形或旋轉對稱場景中的光學測量。
制作工藝 徑向光栅通常采用接觸複印法制作:通過将刻有栅線圖案的模闆直接接觸塗有感光膠的基闆,經曝光和顯影形成最終的光栅結構。這種工藝避免了光學縮微光刻的複雜流程,適合批量生産。
應用領域 主要應用于精密測量設備,例如:
擴展說明:光栅的刻線密度直接影響其性能,精密光栅每毫米可含數千條刻線。而徑向光栅的放射狀結構使其在旋轉運動檢測中具有天然優勢,常用于需要極坐标系統分析的場景。
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