Spectrogon全息透射光栅的应用领域介绍，啁啾脉冲放大,吸收光谱学,拉伸和压缩等

瑞典Spectrogon公司是光学元件领域的专家，尤其以其全息光栅而闻名。其核心产品——全息光栅，覆盖200-2000nm波段，是激光调谐、脉冲压缩及光谱分析等应用的关键部件。此外，公司还提供滤光片和薄膜镀膜等产品，应用范围广泛，覆盖从紫外到红外的200nm至20000nm波段。

拉曼光谱和激光散射实验Raman Spectroscopy and Laser Scattering Experiments：

在激光散射研究中，例如用于等离子体诊断的拉曼光谱和汤姆逊散射(Raman spectroscopy and Thomson scattering)，对光栅的要求非常高。样品被激光照射时，共振散射产生非常接近强激光线的弱光谱线。在拉曼光谱中，峰值强度可能仅为激光光强度的10⁻¹²倍，并且与激光线的距离可能仅为10cm^-1。

必要的高分辨率是通过使用具有长焦距的大型仪器来实现的，其中所有光学表面都具有高质量。当在非常接近强光谱线的地方工作时，光学系统的像差和孔径光阑的夫琅和费衍射可能会产生相当大的杂散光。Spectrogon低杂散光光栅采用高品质光学基板制造，此类光栅对光学像差几乎不产生影响，经常使用双光谱仪或三光谱仪以减少杂散光。全息光栅是必需的解决方案，因为即使是最好的刻划透射光栅也会产生重影，重影比要检测到的光谱峰值强几个数量级。

激光器的波长调谐Wavelength Tuning of Lasers：

全息光栅的应用有激光器的波长调谐，此类光栅常叫做激光调谐衍射光栅。该激光调谐衍射光栅在激光腔内充当波长选择性端面反射镜，主要采用两种基本配置：Littrow配置和Grazing incidence或Littman配置。

Littrow配置Littrow configuration

瑞典Spectrogon光栅的安装方式使得目标波长的光沿着入射光方向发生回折，通过旋转光栅实现波长扫描。通常采用腔内消色差透镜，该透镜可将激光束扩束，以覆盖光栅较大区域。零阶衍射光束可作为输出激光束使用；但其缺点在于，当光栅旋转时，光束方向会发生改变。

掠入射利特曼配置Grazing incidence Littman configuration：

光栅被固定在接近90°的入射角位置，通过旋转特殊调谐镜来调节波长，无需使用光束扩展透镜，因此可采用尺寸更小的透射光栅。然而，较大的入射角意味着平面光栅的刻线宽度必须远大于凹槽长度。

对于垂直于平面光栅凹槽的偏振光（TM偏振），其掠入射效率可能非常高，但对于TE偏振光则始终非常低。因此染料激光束将采用平面偏振。

激光脉冲压缩Laser Pulse Compression：

当短激光脉冲通过光纤传输时，由于非线性效应（自相位调制），脉冲会发生展宽或“频移”。光纤中的群速度色散导致脉冲前沿的波长比后沿更长。通过使用一对脉冲压缩光栅，可以安排长波长脉冲比短波长脉冲传播更长的路径，结果在脉冲压缩光栅对之后，它们同时到达。光栅对不仅补偿了光纤中的脉冲展宽，而且使脉冲甚至比输入短，最多可实现90倍压缩。因此，光栅的应用有激光脉冲压缩，这类光栅叫做脉冲压缩光栅。

啁啾脉冲放大Chirped pulse amplification：

一些模式锁定激光器可产生极短脉冲(100fs)，对于许多应用而言，这类脉冲的峰值功率过低，可采用展频脉冲放大技术(CPA)对这类脉冲进行放大，以实现太瓦量级的峰值功率。

放大器本质上是在谐振腔内放置的激光晶体，为避免破坏晶体的强烈非线性效应，输入脉冲需进行时间展宽以削弱峰值功率。随后对这种展宽脉冲进行放大，再经压缩处理，最终获得持续时间近似等于输入脉冲的高功率脉冲。

拉伸和压缩Stretching and compression：

拉伸与压缩均采用光栅对结构，以减法色散模式排列；使得第一光栅的角色散被第二光栅抵消。当两束不同波长的平行光束入射至第一光栅时，离开第二光栅时仍保持平行状态，但它们已行进过不同距离。一对平行排列的光栅将引入负群速度色散，即长波脉冲的到达时间晚于短波脉冲。

为实现正色散延迟，需要采用更复杂的结构。在光栅之间插入一个无焦透镜系统（望远镜）。该望远镜使入射角的符号反转，从而使光束以与离开第一光栅时相同的入射角照射到第二光栅。

伸展器和压缩器通常采用双通道配置。其优势体现在两方面：色散加倍，光束的所有波长分量都是共线出现的，而不是单程线性平移。

光谱仪Spectroscopic Instruments：

光谱仪器通常由入口狭缝、准直器、色散元件、聚焦光学器件组成，有时还包括出口狭缝。进入入口狭缝的辐射由准直器收集，通常是凹面镜。

色散元件（此处为光栅）会使辐射偏转至特定方向，该方向取决于波长。色散后的辐射聚焦于成像平面，形成光谱（即入射狭缝的一系列单色图像）。

单色仪Monochromators：

单色仪中设有出射狭缝，仅允许光谱中窄带区域通过。入口和出口狭缝是固定的，通过旋转光栅扫描光谱。因此，瑞典Spectrogon光栅在入射光和衍射光之间具有恒定的角偏差。对于大多数类型的单色仪都是如此，例如Czerny-Turner、Ebert和Littrow类型。

光纤Fibre Optics：

全息光栅非常适合光纤应用。通过采用高频光栅，可实现高效率传输，并且高角度色散使得设计小型紧凑型仪器成为可能。

吸收光谱Absorption Spectroscopy：

吸收光谱是全息光栅低杂散光特性发挥显著优势的另一应用领域。杂散光水平与仪器的吸光度范围直接相关，存在的杂散光量越少，可以测量的吸光度值越高。

吸收光谱中的光源通常为宽带光源，因此杂散光将包含连续的波长分布。入射光中的每个波长分量都会产生杂散光，其中心波长位于实际波长附近，由此产生的杂散光是所有波长分量的总和。