階梯光柵（Echelle grating，來自法語échelle，階梯）是一種刻線密度較低，但刻線的形狀是針對高入射角設計的，即具有高繞射階數的一類衍射光柵。它是由一系列（約20片）大小不同，厚度嚴格相等的平行玻璃或石英片，按階梯形狀黏合在一起。2016年11月，中國造出世界最大面積中階梯光柵。
簡介
階梯光柵是光柵色散元件的一種形式，按透射和反射分為透射式階梯光柵和反射式階梯光柵兩種。后者的分辨本領比同尺寸的前者大4倍，并可在整個光學光譜區內使用。衍射光柵是一種納米精度周期性微結構的精密光學元件，在光譜學、天文學、激光器、光通訊、信息存儲等領域中有重要應用。
光柵面積大可獲得高集光率和分辨本領，精度高可獲得更好的信噪比，但制造出大而精的光柵是世界性難題。階梯光柵最常用在高分辨率橫向色散攝譜儀，尤其是太陽系外行星探測器上，例如高精度徑向速度行星搜索器（HARPS）、印度物理研究實驗室先進徑向速度全天中國空間站工程巡天望遠鏡（PARAS）等許多天文儀器。
發展歷史
掠射角光柵的最早概念起源于1898年由阿爾伯特·邁克爾遜提出，并且該型光柵被稱為“echelon”。然而，這概念并未實現，直到1923年才出現現代形式的階梯光柵光譜儀；即高分辨率光柵以交叉低色散形式串聯排列。這個配置是由長岡半太郎等人所發現，之后的設計都與長岡所提出的極為類似。
原理
和其他種衍射光柵一樣的是，階梯光柵在概念上同樣是由許多寬度與所衍射光源的波長相近的狹縫所組成。垂直單射標準光柵的單一波長光線會在特定角度被衍射到中央零階和連續的高階區域，衍射程度取決于光柵密度與波長比和選擇的階數而定。各高階衍射的分離角度單調遞減且達到極為接近的程度，但低階部分會完全分離。衍射圖案的強度可以透過改變光柵傾斜角改變。
反射光柵的部分（光柵孔被高反射率平面取代）可以傾斜以散射大部分光源到使用者需要的方向（以及特定衍射階數）。對于多波長光源是可以實現的，但較高階的長波長衍射光可能覆蓋較短波長的較低一階光線，這通常是使用者不想要發生的副作用。
然而，階梯光柵的設計則是故意讓較高階衍射光線覆蓋，并且閃爍狀態被優化以應用在多個高階衍射光重疊的狀態。因為重疊光線無法直接應用，必須在光路上再垂直裝設一個二次色散元件（光柵或棱鏡）才能在光束路徑上以按照階數分開不同階衍射光線或交叉分離。
因此，產生的光譜會是一整條投影在特定成像面，包含不同波長，但有少數區域重疊的連續性多波段帶狀傾斜圖案。正是這樣的設計可克服寬波段高分辨率光譜設備成像問題。因此常用于極長的線性感測器陣列或者會產生強散焦像差等其他種類像差的光學系統使用。階梯光柵讓容易制造的二維感測器陣列是可行的，并因此減少了量測時間與增加效率。
成品
2016年11月11日，由中國科學院星承擔的國家重大科研裝備研制項目“大型高精度衍射光柵刻劃系統的研制”通過驗收，并制造出世界最大面積中階梯光柵。這標志著我國大面積高精度光柵制造中的相關技術達到國際領先水平，結束了在高精度大尺寸光柵制造領域受制于人的局面。階梯光柵一般可分為大、中、小三種。一般而言，每毫米內刻10條線以下的叫大階梯光柵。每毫米內刻10至400條線，稱之為中階梯光柵。400條以上的稱之為小階梯光柵。
參考資料 >