由大量等宽等间距的平行狭缝组成的光学器件称为光栅,如图4-31所示。光栅上的刻线(不透明)称为栅线,宽度为a;缝隙(透明)宽度为b;栅距(也称为光栅常数)W=a+b。一般情况下a=b,也可做成a:b=1.1:0.9。
图 4-31 光栅a)光栅外形 b)光栅条纹
光栅由标尺光栅和指示光栅组成,指示光栅安装在机床的移动部件上,标尺光栅安装在机床的固定部件上,它们之间保持0.05mm 或0.1mm 的间隙,
1.光栅的分类 (1)按用途分类。
按照光栅的用途可以分为物理光栅和计量光栅,前者的刻线比后者细密。物理光栅主要利用光的衍射现象,通常用于光谱分析和光波长的测定等方面;计量光栅主要利用光栅的莫尔条纹原理,被广泛应用于位移的精密测量与控制中。本任务介绍的光栅属于计量光栅。
计量光栅按其透射形式可分为透射光栅和反射光栅。
1)透射光栅:在磨制的光学玻璃上或在玻璃表面感光材料的涂层上刻成光栅线纹。光源可以采用垂直人射光,光电元件直接接收光照。因此信号幅值比较大,信噪比好。光电转换电路结构简单,且根据测量精度的要求,其线性密度有10线/mm、25 线/mm、50 线/mm、100线/mm、250 线/mm 等几种规格。但是由于玻璃体易破裂,热膨胀系数与金属部件不一致,影响测量精度。
2)反射光栅:光栅和机床金属部件的热膨胀系数一致,它们可以连接起来加长使用,也可用钢带做成长达数米的长光栅。为了使反射后的莫尔系数反差较大,每毫米内线纹不宜过多,常用4、10、25、40、50线/mm。
(2)按应用分类。
按照光栅的应用分,有测量线位移的长光栅和测量角位移的圆光栅。
1)长光栅:刻划在玻璃尺上的光栅,称为长光栅,其刻线相互平行,用于测量长度或线位移,如图 4-32 所示。
2)圆光栅:在圆盘玻璃上刻线,用来测量角度或角位移,如图4-33 所示。
(3)按栅线形式分类。
按照栅线形式分类有黑白光栅(幅值光栅)和闪耀光栅(相位光栅)。
1)黑白光栅:利用照相复制工艺加工而成,其线与缝隙为黑白相间结构。
2)闪耀光栅:横断面呈锯齿状,常用刻划工艺加工而成。
目前已经发展出了激光全息光栅和偏振光栅等新型光栅。