作者：韦bq 时间：2025-10-23
美国Wasatch Photonics体相位全息光栅VPH为光学方面的设计提供了较有优势的灵活性，以优化特定应用的性能。在这篇文章中，将讨论Wasatch Photonics的各种标准和专利光栅设计技术的优势，以及可以定制的光栅参数——波长范围300-2500nm，带宽20-800nm，色散(dispersions)150-5000l/mm，尺寸可达30mm。
体相位全息光栅VPH的基础知识：
体相位全息透射光栅（Volume Phase Holographic Grating，还称为VPH光栅或VPHG）基于干涉原理工作，通过光栅材料内部折射率的调制实现光的衍射。光以特定波长通过光栅时，会根据光栅材料特性及调制频率（即lines/mm的空间频率）在特定角度范围内发生传输与色散。
美国Wasatch Photonics的体相位全息光栅VPH采用透射式工作原理，以重铬酸盐明胶（DCG）作为活性光栅材料（厚度为“t”）。每片光栅均为独立制作，从一个光栅到下一个光栅都具有一致的性能，绝非从易磨损的主光栅复制而成。Wasatch Photonics的专有工艺可极大限度地减少应力，从而实现低波前畸变，而对质量的严格把控，则确保了极低的散射。
体相位全息透射光栅原理示意图
美国Wasatch Photonics通过全息技术成像DCG光栅结构，在设计中保持了极大的灵活性和精确的参数控制能力，能够批量生产1-1000件的高品质定制衍射光栅。成品光栅被密封在两片光学窗口之间，形成坚固且耐刮的产品，便于操作和清洁。
美国Wasatch Photonics光栅的设计技术：
美国Wasatch Photonics为体相位全息透射光栅提供三种主要设计技术：标准/增强型光栅、Dickson光栅和高色散光栅。每种技术在带宽、效率和偏振特性方面均具备独特优势。
标准/增强型光栅Standard/enhanced gratings：
通过改变光栅材质的厚度和折射率调制（高折射率与低折射率之间的对比度），可以优化光栅结构，从而优化s偏振光、p偏振光或平均偏振光的衍射效率。针对激光脉冲压缩与拉伸应用，可设计出在单一偏振态下的带宽范围内保持超高效率的激光脉冲压缩光栅，其全工作带宽内测得效率均超过＞94%。
1700lines/mm@1030nm的标准激光脉冲压缩光栅曲线图
Dickson光栅：
许多应用，如光谱学，旨在将光分散到特定带宽内，而不考虑偏振状态，这类应用更适合采用“Dickson迪克森光栅”设计——该设计以美国Wasatch Photonics创始人之一Lee Dickson的名字命名。该设计采用更厚的DCG层，通过优化折射率调制，以优化特定波长和相邻20-60nm处的s偏振和p偏振的效率。此技术支持天文观测所需的中心波长角度调谐功能，并可实现大尺寸器件制造。
作为Dickson光栅的原始专利持有者，Wasatch Photonics比任何人都更了解如何设计并持续以高品质标准制造这种光栅。Wasatch Photonics的Dickson光栅遍布全球：从顶尖天文台的光谱仪，到眼科诊所的光学相干断层扫描仪OCT，从电信网络，到应急救援人员使用的手持式拉曼扫描仪。
2900line/mm@530nm Dickson光栅曲线图
高色散(High Dispersion，HD)光栅：
如上图所示，即使是Dickson光栅，在扩展至更宽带宽时也会出现单偏振方向效率下降的问题。这会影响光谱学和OCT应用中数据的质量，并限制可用带宽。为克服这一局限，Wasatch Photonics研发并获得了高色散光栅的专利，该光栅在非常宽的带宽范围内（高达200+nm）展现出显著降低的偏振依赖性。
1624lines/mm@871nm高色散光栅曲线图
非常有效地衍射s偏振和p偏振光的宽带光栅的可用性在许多光谱应用中具有优势，尤其是拉曼光谱和光谱域OCT(SD-OCT)。拉曼光谱本质上是光子匮乏的应用场景，其中即使是效率的微小差异也可以确定是否看到特征峰。采用在宽带范围内具有高效率的衍射光栅，可优化光收集效率，从而提升仪器在光谱边缘区域的性能，这是文库匹配和痕量物质检测的关键。。
在自发光干涉断层扫描(SD-OCT)技术中，所用光的带宽对系统成像深度起着关键作用。该技术基于不同深度散射光的傅里叶变换原理，因此每个波长分量均匀的贡献是处理数据质量的核心要素。通过在带宽范围的两端实现高效率传输，高色散衍射光栅使设备能在更深处获取更清晰的图像。
Wasatch Photonics是唯一能提供宽带、高效率HD光栅的VPH光栅供应商，使其成为拉曼光谱学和OCT市场中科研与工业领域的重要供应商。
定制Wasatch Photonics光栅的参数：
Wasatch Photonics可提供定制化服务，进一步优化体相位全息透射光栅的参数，以获得更佳性能。由于每个光栅都是独立的，而不是从昂贵的主光栅复制而来，因此，Wasatch Photonics能够轻松微调每个光栅设计项目的性能，以用于定制研究或OEM应用。20多年来，参与各类项目的丰富经验，使Wasatch Photonics在几乎所有方面都拓展了能力，如下所述：
波长：通常提供工作波长范围为300nm至2500nm的光栅，并将根据要求查看该范围之外的设计，其中，高效光栅可以针对窄波带或跨越数百纳米的带宽进行优化。
偏振：光栅可以针对单偏振（s-或p-）进行优化，或者设计为在给定的非偏振光带宽上实现最佳性能。在特殊情况下，偏振甚至可以针对特定波长进行不同的优化。
色散：可以指定精确的光栅色散或空间频率，150-5000lines/mm，空间频率精度标准规格±0.5-1.0lines/mm，可根据要求提供更严格的公差。
入射角：VPH光栅通常设计为在布拉格角下工作，入射角(AOI)和衍射角(AOD)相等。使用的AOI会影响其他性能参数，因此应与Wasatch Photonics的设计团队讨论所需角度范围的限制，也可以根据需要制造非对称光栅(AOI≠AOD)。
光栅尺寸：虽然Wasatch Photonics的许多标准光栅都有直径为25或50mm的圆形光栅，但还提供用于脉冲压缩、光谱学和天文学的方形和矩形激光脉冲压缩光栅。VPH光栅的体积可小至10×10mm，特殊项目可生产更小的尺寸。在相反的极端，可以对尺寸达300mm的天文学、大型成像阵列和高光谱光谱仪（根据要求提供更大）的大幅面光栅进行成像。
基底材质：使用多种基材类型，包括BK7、B270、熔融石英等。从精选的首选供应商列表中采购最高质量的基板，这些供应商是根据光学质量、波前保留以及提供低缺陷材料以最小散射的能力而选择的。可以根据需要调用特定的玻璃参数，例如平整度、均匀性、低气泡夹杂物和纹状标准。
基板可以从1mm(以最大限度地减少超快激光应用中的材料诱导色散和自相位调制)到高达25mm的厚度不等，以提供大幅面天文光栅所需的刚度，还可以根据要求提供定制基板几何形状，例如光栅棱镜(光栅与棱镜的混合结构)。
全面的设计控制：
当用户希望将VPH透射光栅或激光脉冲压缩光栅集成到光学设计或仪器中时，Wasatch Photonics的研发团队可以讨论用户的具体需求。了解从脉冲压缩、光谱学和成像到 OCT、激光雷达和电信等广泛应用需要考虑的性能权衡，凭借广泛的标准和专利设计技术以及固有的灵活制造工艺，Wasatch Photonics让用户可以控制设计。Wasatch Photonics致力于每个VPH光栅的高质量和效率，保证了性能。
