光栅的分类

光栅是一种由大量等宽等间距的平行狭缝构成的光学元件。它能对入射光的振幅和（或）相位进行空间周期性调制，从而实现分光等功能。光栅的工作原理基于光的衍射和干涉现象，当一束光照射到光栅上时，光会在每个狭缝处发生衍射，衍射后的光相互干涉，不同波长的光由于满足干涉加强的条件不同，会以不同的角度射出，从而将复色光分解为单色光，形成光谱。

光栅作为重要的光学元件，可根据结构特征、工作原理及应用场景分为多种类型：

一、按结构与工作原理分类
1. 透射光栅与反射光栅
透射光栅：光线透过光栅表面的透明刻痕（如玻璃基板上的平行刻槽）发生衍射，常用于光谱仪的前置分光元件。经典案例是早期在玻璃上刻画等距刻线的透射光栅，但因能量损耗较高，现代多被反射光栅取代。
反射光栅：光线经光栅表面的反射结构（如金属镀膜刻槽）发生衍射，能量利用率更高。
平面反射光栅：平面基板上刻制周期性反射槽，用于光谱分析；
凹面反射光栅：曲面基板（如凹面镜）刻槽，兼具分光与聚焦功能，简化光学系统设计。
2. 刻划光栅与全息光栅
刻划光栅：
通过机械刻划机在基板上直接刻画条纹，刻线密度可达每毫米数千条。优点是刻线精度高，但存在刻线误差可能产生 “鬼线”（杂散衍射光）。
全息光栅：
利用激光干涉原理在光敏材料上记录干涉条纹，形成正弦形刻槽。无机械刻划误差，鬼线干扰小，适用于高分辨率光谱仪器，但刻线密度受限于激光波长，效率略低于刻划光栅。
3. 闪耀光栅（定向光栅）：通过特殊设计刻槽的倾斜角度（闪耀角），将光能量集中到特定衍射级次（如一级衍射），避免零级衍射的能量浪费。常用于需要高能量单色光的场景，如激光分光、红外光谱仪。
二、按应用场景与功能分类
1. 光谱分析用光栅
高分辨率光栅：刻线密度高（如每毫米 2000 条以上），配合大尺寸基板，用于天文观测、化学分析等领域分辨波长接近的谱线。
宽波段光栅：兼顾紫外到近红外波段，用于快速光谱扫描，如环境监测设备。
2. 激光与光通信光栅
体布拉格光栅（VBG）：在晶体或玻璃内部形成三维周期性结构，利用布拉格衍射选择性反射特定波长激光，用于激光器波长锁定。
光纤光栅：在光纤芯层写入周期性折射率变化，用于光通信中的波长滤波、光纤传感（如监测温度、应变）。
3. 显示与成像光栅
衍射光栅：用于投影仪、AR/VR 设备中生成彩色图像，或在手机摄像头中抑制红外光干扰。
振幅型与相位型光栅：通过调控光的振幅（透光率）或相位（波前形状）实现成像，如相位光栅可用于光束整形。
三、按周期性维度分类
一维光栅：刻线沿单一方向周期性排列，是最常见的类型（如平面光栅）。
二维光栅：在平面上呈网格状周期性结构，可对不同方向的光同时调控，用于偏振分光、光束分束。
三维光栅：周期性结构延伸至空间三维（如光子晶体），可完全禁止特定波长光的传播，用于光通信中的带隙调控。
四、其他特殊类型
可调谐光栅：通过机械形变或电光效应改变光栅周期，实现衍射波长的动态调节，如可调谐激光器中的关键元件。
金属 - 介质复合光栅：结合金属表面等离子体共振特性，增强对特定波长光的响应，用于纳米光学与传感领域。
不同类型的光栅凭借结构与功能的差异化设计，在科研、工业与日常生活中实现了对光的精准操控，推动了光学技术的多元发展。