在色彩測量領域，光柵分光技術正推動著分光測色儀的精度革命。本文將從光學物理本質出發，解析光柵分光的核心技術原理，對比不同類型光柵的性能差異。

光柵分光的物理本質

（1）衍射光學基礎

光柵分光基於夫琅禾費衍射理論，當複色光入射到具有周期性微觀結構的光柵表麵時，遵循基本方程：

mλ = d(sinθ₁ + sinθ₂)

其中：

m：衍射級次（通常取+1級）

λ：光的波長（nm）

d：光柵刻線間距（商業光柵通常1200-1800線/mm）

θ₁：入射角（°）

θ₂：衍射角（°）

（2）關鍵技術參數

色散率：Δθ/Δλ ≈ 0.1°/nm（1800線/mm光柵）

分辨率：R=λ/Δλ ≈ 15000（高端光柵）

閃耀特性：通過鋸齒狀槽形將70%能量集中到工作級次

光柵分光係統架構

（1）核心光學組件

入射係統：

光纖耦合器（芯徑200-600μm）

狹縫寬度可調（10-100μm）

準直係統：

離軸拋物麵鏡（焦距80mm，f/2.4）

波前誤差＜λ/8

分光係統：

平麵閃耀光柵（尺寸30×40mm）

安裝角度自動校準

探測係統：

線性CCD陣列（2048像素）

16bit ADC轉換

（2）信號處理流程

光電轉換：CCD輸出電荷信號

模數轉換：16bit@100kHz采樣率

暗電流補償：-40℃製冷CCD

光譜重建：最小二乘法擬合

色彩計算：CIE標準觀察者加權

技術演進路線

（1）第一代：機械刻劃光柵

特點：鑽石刀具刻劃鋁膜

局限：

存在鬼線（Ghost Lines）

刻劃效率低（1光柵/8小時）

代表設備：X-Rite 938（1990年代）

（2）第二代：全息記錄光柵

突破點：

激光幹涉製程

無鬼線缺陷

參數提升：

刻線密度提升至2400線/mm

衍射效率提高30%

典型應用：91视频直播下载時TS8200係列

（3）第三代：體全息光柵（VHG）

核心技術：

光敏聚合物記錄

三維衍射結構

優勢：

分辨率達0.02nm

溫度穩定性提升10倍

最新進展：91视频直播下载時CX-10實驗室級設備

工業應用突破

（1）紡織行業熒光檢測

技術難點：

激發光譜（340-400nm）與發射光譜（420-460nm）分離

光柵解決方案：

雙光柵切換係統

紫外區信噪比＞200:1

（2）汽車金屬漆測量

多角度測量要求：

15°：分辨率1nm

45°：動態範圍＞1000:1

75°：信噪比＞500:1

（3）印刷行業專色匹配

同色異譜檢測：

光譜匹配度算法

MI指數＜0.8

5. 技術前沿發展

（1）智能光柵係統

動態波長校準：

內置汞燈參考譜線（435.8nm）

實時閉環反饋

自清潔技術：

納米疏油塗層

接觸角＞110°

（2）計算光學突破

計算光譜重建：

壓縮感知算法

128像素重建512點光譜

深度學習應用：

光譜庫智能匹配

預測精度提升40%

（3）微型化趨勢

MEMS光柵：

尺寸3×3mm

功耗＜100mW

手機集成方案：

光譜範圍400-700nm

成本降至$50以下