精度要求
衍射光栅的精度要求極高﹐很難制造﹐但其性能穩定﹐分辨率高﹐
角色散高而且随波長的變化小﹐所以在各種光譜儀器中得到廣泛應用。天文光學儀器應用的光栅主要有﹕平面反射光栅﹕刻線密度一般每毫米300～1﹐500線﹐最常用的是每毫米600線﹐光譜級m ≦5。折軸恒星攝譜儀要求盡可能高的聚光能力﹐光栅面積愈大愈好﹐在低光譜級次工作。而太陽攝譜儀要求高色散和高分辨率﹐使用較高的光譜級次。目前使用有效的光栅刻線面的寬度在200～300毫米﹐最大可達600毫米。中階梯光栅﹕是刻線密度較低的平面反射光栅﹐最常用的刻線密度是每毫米79線﹐具有較好的定向性能﹐閃耀角通常取為63°26′﹐工作于高光譜級次(m ≒40)。利用色散方向與它垂直的平面光栅分開重疊級次﹐可以得到二維結構的光譜圖﹐應用到像管攝譜儀十分有利。由于中階梯光栅的角色散是平面光栅的二倍或更多﹐因此使用它的攝譜儀結構緊湊。透射光栅﹕用作物端光栅。如将透射光栅刻制在棱鏡斜面上﹐即成非物端光栅﹐多用于大望遠鏡。
形成條件
相關公式：d·sinθ= n·λ
其中d為為兩狹縫之間的間距,θ為衍射角度，n為光栅級數，λ為波長。
通常所講的衍射光栅是基于夫琅禾費多縫衍射效應工作的。描述光栅結構與光的入射角和衍射角之間關系的公式叫“光栅方程”。
波在傳播時，波陣面上的每個點都可以被認為是一個單獨的次波源；這些次波源再發出球面次波，則以後某一時刻的波陣面，就是該時刻這些球面次波的包迹面（惠更斯原理）。
一個理想的衍射光栅可以認為由一組等間距的無限長無限窄狹縫組成，狹縫之間的間距為d，稱為光栅常數。當波長為λ的平面波垂直入射于光栅時，每條狹縫上的點都扮演了次波源的角色；從這些次波源發出的光線沿所有方向傳播（即球面波）。由于狹縫為無限長，可以隻考慮與狹縫垂直的平面上的情況，即把狹縫簡化為該平面上的一排點。則在該平面上沿某一特定方向的光場是由從每條狹縫出射的光相幹疊加而成的。
在發生幹涉時，由于從每條狹縫出射的光的在幹涉點的相位都不同，它們之間會部分或全部抵消。然而，當從相鄰兩條狹縫出射的光線到達幹涉點的光程差是光的波長的整數倍時，兩束光線相位相同，就會發生幹涉加強現象。
以公式來描述，當衍射角θm滿足關系dsinθm/λ=|m|時發生幹涉加強現象，這裡d為狹縫間距，即光栅常數，m是一個整數，取值為0，±1，±2，……。這種幹涉加強點稱為衍射極大。因此，衍射光将在衍射角為θm時取得極大，即：上式即為光栅方程。當平面波以入射角θi入射時，光栅方程寫為d(sinθm+sinθi)=mλ（m=1,2,3,4.....）
相關研究應用
星敏感器具有安全、可靠性高、精度高和抗幹擾性強的優點,在地球遙感、地球測繪、洲際導彈和行星測繪等方面得到了廣泛應用。随着航空航天事業的飛速發展以及應用場合的特殊化,要求星敏感器同時具備高精度、大視場、輕小化的性能。由于傳統星敏感器精度與視場、體積、質量等性能之間存在相互制約的關系,目前國内外高精度星敏感器視場小、體積大、質量重,而一般傳統微型星敏感器雖然實現了大視場,但是測量精度普遍較低,其精度等級較大型星敏感器相差一個量級。
幹涉星敏感器在傳統星敏感器求取質心的基礎上,利用星像點的光強信息進一步進行細分,因此突破了質心求取的精度限制,在相同的視場和探測器陣列數下可以獲得更高的角度測量精度。
在此背景下,本論文開展了基于衍射光栅的高精度幹涉星敏感器的研究。首先,對星光場在基于光栅的幹涉星敏感器中的傳輸過程進行了數學建模,并模拟仿真了星光入射角度變化時,探測器所探測到的圖像變化,分析了基于光栅的幹涉星敏感器精定位及粗精定位結合方法在理論上的可行性;然後,對基于光栅的幹涉星敏感器結構進行了設計;最後,搭建實驗平台驗證基于光栅的幹涉星敏感器粗精結合方法在實際應用中的可行性。
本論文研究的具體工作如下:
第一,利用角譜理論對星光場在基于光栅的幹涉星敏感器中的光學傳輸過程進行數學建模,确定了幹涉星敏感器利用光斑質心坐标進行粗定位和利用光斑相對強度進行精定位的方法,并将粗定位與精定位相結合以獲取星光入射角度。得出了幹涉星敏感器單星測量角分辨率與光栅周期、兩塊光栅之間的距離及電子學細分倍數有關的結論。模拟仿真了星光入射角度變化時,探測器上所探測到的圖像變化,分析了幹涉星敏感器精定位及粗精定位結合方法在理論上的可行性。
第二,利用光學設計軟件ZEMAX對基于光栅幹涉的星敏感器結構進行了設計,設計出的幹涉星敏感器視場為20°,系統F數為1.77,焦距為70.89mm,實現了單個星體在幹涉星敏感器上的四個光斑組成一個緊湊的方形區域,且各光斑在不同視場下的均方根半徑都很小,光斑能量分布集中。
第三,搭建實驗平台,驗證基于光栅的幹涉星敏感器粗精結合方法在實際應用中的可行性。
