光栅的意思、光栅的詳細解釋

光栅的解釋

[grating] 能産生衍射現象的光學器件,光線透過它或被它反射時就形成光譜,一般用玻璃或金屬制成,上面刻有很密的平行細紋

詞語分解

• 光的解釋 光 ā 太陽、火、電等放射出來耀人眼睛，使人感到明亮，能看見物體的那種東西：陽光。月光。火光。光華（明亮的光輝）。 榮譽：光臨（敬辭，意含賓客來臨給主人帶來光彩）。光顧。光複。 使顯赫：光大。光宗耀祖
• 栅的解釋 栅 à 用竹木鐵條等做成的阻攔物：栅欄。栅子。 栅 ā 〔栅極〕多極電子管靠陰極的一個電極。 〔光栅〕産生光的衍射圖像的光學儀器。 栅 〔大栅欄〕方言，中國北京市前門外一條熱鬧街市名。 栅 è

專業解析

光栅（guāng shān）是一個物理學和光學領域的專業術語，在漢語詞典中的核心含義指一種利用光的衍射原理實現分光或成像的光學元件。其本質是由大量等寬等間距的平行狹縫或刻線構成的精密裝置。

詳細解釋

1. 基本結構與原理：

   • 光栅通常是在玻璃、金屬等基闆上刻劃出大量平行寬間距的細密線條（刻痕）制成。未被刻劃的透明部分或反射部分構成狹縫。
   • 當光波照射到光栅上時，每條狹縫都會成為新的次波源并發出衍射光。這些衍射光在空間相遇時會發生幹涉。
   • 由于狹縫間距恒定，不同波長的光在特定方向上會産生相長幹涉（光強極大），而在其他方向上相消幹涉（光強極小）。這種幹涉圖樣稱為“光譜”。
   • 因此，光栅的核心作用是将入射的複色光（包含多種波長）按照波長（或頻率）在空間上分解開，形成光譜。這是基于光的衍射和幹涉現象實現的。

2. 主要類型：

   • 透射光栅：光線穿過透明基闆上的刻線區域發生衍射。常見于光譜儀等設備。
   • 反射光栅：光線照射在具有反射刻槽的金屬表面發生衍射。現代高性能光栅多采用此類型，如凹面光栅、閃耀光栅等。
   • 計量光栅：應用于精密測量領域（如位移傳感器），利用莫爾條紋原理工作。雖然有時也簡稱“光栅”，但其物理基礎主要是幾何光學中的遮光效應，而非衍射分光。

3. 核心功能與應用：

   • 分光：是光栅最基本和最重要的功能，用于光譜分析。不同波長的光被衍射到不同角度。
   • 成像：特殊設計的光栅（如菲涅爾波帶片）可用于成像。
   • 應用領域：廣泛應用于光譜儀、單色儀、激光器、光通信、天文觀測、精密測量、光學信息處理等衆多科學與技術領域。

權威來源參考

• 《辭海》（第七版）： 對“光栅”的定義強調其作為“光學元件”的本質，由“大量等寬等間距的平行狹縫（或刻痕）構成”，并明确指出其核心功能是“利用多縫衍射和幹涉作用，将複色光分解為光譜”。這是中文權威工具書的标準釋義。來源：《辭海》網絡版 - 光栅詞條（上海辭書出版社）
• 《物理學名詞》（第二版，全國科學技術名詞審定委員會）： 将“光栅”定義為“利用多縫衍射原理使光發生色散的光學元件”。該定義由國家級權威機構審定，具有高度的科學性和規範性。來源：全國科學技術名詞審定委員會 - 物理學名詞
• 《光學原理》（作者：Max Born, Emil Wolf）： 這部光學領域的經典巨著詳細闡述了衍射光栅的理論基礎，包括其衍射方程、光譜形成機制、不同類型光栅的特性（如閃耀光栅）等。其理論闡述是國際公認的權威。來源：Born, M., & Wolf, E. Principles of Optics (7th ed.). Cambridge University Press.
• 中國科學院相關研究所（如長春光學精密機械與物理研究所）： 國内頂尖的光學研究機構在光栅設計、制造（如全息光栅、刻劃光栅）和應用方面有深入研究，其公開的技術資料和科普文章提供了光栅實際應用價值的權威說明。來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所官網 - 研究領域介紹

網絡擴展解釋

光栅是一種基于衍射原理的光學元件，主要用于分散和分離光譜。以下是關于光栅的詳細解釋：

1.定義與結構

光栅由大量等寬、等間距的平行狹縫或刻痕構成。其制作材料通常為玻璃或金屬，表面通過刻蝕形成周期性結構，例如在玻璃上雕刻不透光的刻痕，而兩刻痕之間的光滑部分可透光或反射光。高精度光栅的刻痕密度可達每厘米數千至上萬條。

2.工作原理

光栅通過衍射效應将入射光按波長分散。當平行光照射光栅表面時，每條刻線相當于一個衍射源，不同波長的光因衍射角不同而分離成光譜。衍射角 $theta$ 與波長 $lambda$ 的關系可通過光栅方程描述： $$ d(sintheta + sinalpha) = mlambda $$ 其中，$d$ 為光栅常數，$alpha$ 為入射角，$m$ 為衍射級數。

3.類型

• 透射光栅：光線穿過透明基底的狹縫發生衍射。
• 反射光栅：在金屬表面刻槽，利用反射光衍射。
• 平面光栅：結構簡單，廣泛用于光譜儀。
• 特殊光栅：如凸面光栅、倒錐形光栅，適用于高分辨率成像或特殊光學系統。

4.應用

• 光譜分析：在光譜儀中分離不同波長的光，用于化學、天文學研究。
• 激光技術：壓縮激光脈沖或調整光束方向。
• 光學器件：如3D顯示中的光栅片，利用視差效應呈現立體圖像。

5.關鍵參數

光栅的性能由刻線密度（每毫米刻痕數）、光栅常數（相鄰刻痕間距）和衍射效率等參數決定。例如，刻線密度越高，光譜分辨率越高。

如需進一步了解光栅的數學推導或具體應用場景，可參考來源。

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