高光譜成像中最重要的一個組成部分就是分光元件，負責將光束根據(jù)不同波長分成不同的譜段，根據(jù)接收到的光譜成像信息，分析得到物體的光譜特性。其根據(jù)分光元件的不同可以分為不同的類型，其中比較常見就有色散棱鏡型。本文對色散光柵型分光做了介紹。

基于多縫夫瑯和費衍射原理的衍射光柵具有非常好的色散分光效果，廣泛應用于光纖通信、單色儀、光譜儀以及精密測量等諸多領域。隨著近些年來光柵制作工藝的成熟，玻璃片的單位間距內(nèi)能夠準確的刻劃出成千上萬條條紋，由衍射光柵的定義可知，光柵常數(shù)d（相鄰狹縫的間距）與光柵的角色散成反比，即條紋數(shù)量越多，該衍射光柵的色散能力就越大。與棱鏡型分光元件不同，衍射式分光元件材料不受光譜范圍的限制，而且色散的線性度更好一些。

（1）平面光柵

分光元件是光譜儀中最重要的組成部分，衍射光柵的種類繁多，根據(jù)結(jié)構可以分為平面光柵、凹面光柵和凸面光柵，區(qū)別于衍射光的方向又分為透射型光柵和反射型光柵。

透射型平面光柵是在玻璃表面刻劃等間距的條紋，光線在平整表面處透過，有條紋的地方不透光，相當于狹縫。透射型平面光柵分光元件的結(jié)構形式與上圖棱鏡性分光系統(tǒng)所示的結(jié)構大體相同，都是由光線經(jīng)過準直透鏡形成平行光，再垂直于平面光柵入射，根據(jù)不同波長不同折射率，產(chǎn)生非單色光的色散現(xiàn)象，但是由于透射系統(tǒng)玻璃材質(zhì)等問題，系統(tǒng)存在色差，需要引入膠合透鏡或其他方式消除色差，增大了光學設計的難度。

（2）凹面光柵

如下圖所示，目前大部分凹面光柵型光譜儀都由一個平凸透鏡、一個凹面光柵和探測器組成，由于系統(tǒng)基于羅蘭圓的同心結(jié)構設計，所以整個結(jié)構只存在少量的光損失以及有跡可循的像差。在凹面反射面上刻劃等間距刻線，入射光線發(fā)散入射到凹面光柵后，衍射光線為會聚光線，相較于其他結(jié)構形式的光柵分光系統(tǒng)，省去了會聚元件和準直元件，結(jié)構更加的緊湊簡單。但就目前而言，凹面光柵的加工難度要遠大于平面光柵和凸面光柵，這也大大增加了加工成本，不利于大范圍的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；凹面光柵光譜儀的后截距通常較小，在應用于紅外系統(tǒng)中，不利于探測器制冷光闌的設計；凹面光柵的色散能力較弱。

（3）凸面光柵

凸面光柵型光譜儀最典型的結(jié)構是Offner成像光譜儀，如下圖所示，1973年提出的offner結(jié)構是同心三反的離軸反射式結(jié)構，是由兩個反射鏡組成，一個凹面反射主鏡和一個凸面反射次鏡。根據(jù)羅蘭圓原理，兩者共用同一個球心，從位置A發(fā)出的光線經(jīng)過兩次主鏡以及一次次鏡的反射，光線到達位置B，A點和B點關于光軸對稱。當次鏡的曲率半徑怡好為主鏡的一半時，整個系統(tǒng)的球差、彗差、畸變等三階像差全部消失，僅存在五階以上的像差