精度要求
衍射光栅的精度要求极高﹐很难制造﹐但其性能稳定﹐分辨率高﹐
角色散高而且随波长的变化小﹐所以在各种光谱仪器中得到广泛应用。天文光学仪器应用的光栅主要有﹕平面反射光栅﹕刻线密度一般每毫米300～1﹐500线﹐最常用的是每毫米600线﹐光谱级m ≦5。折轴恒星摄谱仪要求尽可能高的聚光能力﹐光栅面积愈大愈好﹐在低光谱级次工作。而太阳摄谱仪要求高色散和高分辨率﹐使用较高的光谱级次。目前使用有效的光栅刻线面的宽度在200～300毫米﹐最大可达600毫米。中阶梯光栅﹕是刻线密度较低的平面反射光栅﹐最常用的刻线密度是每毫米79线﹐具有较好的定向性能﹐闪耀角通常取为63°26′﹐工作于高光谱级次(m ≒40)。利用色散方向与它垂直的平面光栅分开重叠级次﹐可以得到二维结构的光谱图﹐应用到像管摄谱仪十分有利。由于中阶梯光栅的角色散是平面光栅的二倍或更多﹐因此使用它的摄谱仪结构紧凑。透射光栅﹕用作物端光栅。如将透射光栅刻制在棱镜斜面上﹐即成非物端光栅﹐多用于大望远镜。
形成条件
相关公式：d·sinθ= n·λ
其中d为为两狭缝之间的间距,θ为衍射角度，n为光栅级数，λ为波长。
通常所讲的衍射光栅是基于夫琅禾费多缝衍射效应工作的。描述光栅结构与光的入射角和衍射角之间关系的公式叫“光栅方程”。
波在传播时，波阵面上的每个点都可以被认为是一个单独的次波源；这些次波源再发出球面次波，则以后某一时刻的波阵面，就是该时刻这些球面次波的包迹面（惠更斯原理）。
一个理想的衍射光栅可以认为由一组等间距的无限长无限窄狭缝组成，狭缝之间的间距为d，称为光栅常数。当波长为λ的平面波垂直入射于光栅时，每条狭缝上的点都扮演了次波源的角色；从这些次波源发出的光线沿所有方向传播（即球面波）。由于狭缝为无限长，可以只考虑与狭缝垂直的平面上的情况，即把狭缝简化为该平面上的一排点。则在该平面上沿某一特定方向的光场是由从每条狭缝出射的光相干叠加而成的。
在发生干涉时，由于从每条狭缝出射的光的在干涉点的相位都不同，它们之间会部分或全部抵消。然而，当从相邻两条狭缝出射的光线到达干涉点的光程差是光的波长的整数倍时，两束光线相位相同，就会发生干涉加强现象。
以公式来描述，当衍射角θm满足关系dsinθm/λ=|m|时发生干涉加强现象，这里d为狭缝间距，即光栅常数，m是一个整数，取值为0，±1，±2，……。这种干涉加强点称为衍射极大。因此，衍射光将在衍射角为θm时取得极大，即：上式即为光栅方程。当平面波以入射角θi入射时，光栅方程写为d(sinθm+sinθi)=mλ（m=1,2,3,4.....）
相关研究应用
星敏感器具有安全、可靠性高、精度高和抗干扰性强的优点,在地球遥感、地球测绘、洲际导弹和行星测绘等方面得到了广泛应用。随着航空航天事业的飞速发展以及应用场合的特殊化,要求星敏感器同时具备高精度、大视场、轻小化的性能。由于传统星敏感器精度与视场、体积、质量等性能之间存在相互制约的关系,目前国内外高精度星敏感器视场小、体积大、质量重,而一般传统微型星敏感器虽然实现了大视场,但是测量精度普遍较低,其精度等级较大型星敏感器相差一个量级。
干涉星敏感器在传统星敏感器求取质心的基础上,利用星像点的光强信息进一步进行细分,因此突破了质心求取的精度限制,在相同的视场和探测器阵列数下可以获得更高的角度测量精度。
在此背景下,本论文开展了基于衍射光栅的高精度干涉星敏感器的研究。首先,对星光场在基于光栅的干涉星敏感器中的传输过程进行了数学建模,并模拟仿真了星光入射角度变化时,探测器所探测到的图像变化,分析了基于光栅的干涉星敏感器精定位及粗精定位结合方法在理论上的可行性;然后,对基于光栅的干涉星敏感器结构进行了设计;最后,搭建实验平台验证基于光栅的干涉星敏感器粗精结合方法在实际应用中的可行性。
本论文研究的具体工作如下:
第一,利用角谱理论对星光场在基于光栅的干涉星敏感器中的光学传输过程进行数学建模,确定了干涉星敏感器利用光斑质心坐标进行粗定位和利用光斑相对强度进行精定位的方法,并将粗定位与精定位相结合以获取星光入射角度。得出了干涉星敏感器单星测量角分辨率与光栅周期、两块光栅之间的距离及电子学细分倍数有关的结论。模拟仿真了星光入射角度变化时,探测器上所探测到的图像变化,分析了干涉星敏感器精定位及粗精定位结合方法在理论上的可行性。
第二,利用光学设计软件ZEMAX对基于光栅干涉的星敏感器结构进行了设计,设计出的干涉星敏感器视场为20°,系统F数为1.77,焦距为70.89mm,实现了单个星体在干涉星敏感器上的四个光斑组成一个紧凑的方形区域,且各光斑在不同视场下的均方根半径都很小,光斑能量分布集中。
第三,搭建实验平台,验证基于光栅的干涉星敏感器粗精结合方法在实际应用中的可行性。
