橫向座標 X(mm)
1.4 量測結果
(a) (b)
（此照片由工研院機械所提供）
圖 46 以鑽石微加工技術製作稜鏡光柵示意圖。
（a）工作機台照片，（b）稜鏡光柵加工示意圖。
我們使用精密鑽石微加工車床(MACHI NCAU-300E)在紅外材料為 KRS-5 的稜鏡斜邊上直接刻劃出閃耀光柵，如圖 46(b)所示以鑽石刀具直接刻劃出光柵 溝槽則不會在光柵表面殘留刻痕[98]。製作完成的稜鏡光柵照片如圖 47(a)所 示，利用光學顯微鏡觀測稜鏡光柵上的閃耀光柵結構並記錄下其部份影像如圖 47(b)所示。由於 KRS-5 的材料容易被接觸式掃描探針所刮傷，因此無法以接觸 式表面輪廓量測儀測量光柵的表面輪廓分布，而必須改以非接觸式光學表面輪 廓量測儀(ZYGO New View 5000)量測所製作完成的光柵表面輪廓分布，圖 48 為量測部分結果。表 4 所列為光柵表面輪廓參數的理論設計值與實際量測值的 比較，為了檢測製作完成後稜鏡光柵的光學特性，我們量測了在焦平面處每個 通道中心波長的強度分布與其他光學元件的光學損失。表 5 所列為每個光學元 件的理論值與量測值的比較，這些損失大部分是由於介質表面反射所造成，這 些損失可經由在輸入與輸出表面作抗反射鍍膜而使其減小。
圖 49 為量測各通道中心波長在焦平面處的光點大小與相對橫向位置的實驗 架構圖。我們以可調波長雷射(ANRITSU MG9541A)調制出每個通道中心波長的 訊號光，所產生的訊號頻寬約為 0.2nm，此訊號光經由單模光纖傳輸至商用光 束準直透鏡，擴束準直後的光束經由稜鏡光柵傳播至聚焦透鏡而在焦平面處聚 焦，將配有 20 倍顯微物鏡的紅外 CCD 偵測器(ELECTROPHYSIC 7290A)置於
光學系統中固定不動，分別輸入各通道訊號波長並記錄下每個通道中心訊號波 長在焦平面處的影像，所擷取的十六個通道中心訊號波長的影像如圖 50 所示。
在本設計中參考波長的光束為沿著光軸傳播而不會因稜鏡光柵而產生偏折，這 一特點在光學對準上具有很大的便利性。由圖 50 的照片中可知各訊號光在焦平 面處所產生的光點為近似圓對稱的高斯分布。為了能清楚看出其他通道中心波 長的訊號光在焦平面處的強度分布，圖 51 中只顯示出部分通道中心波長在焦平 面處的橫向強度分布的量測結果，其他未顯示的通道中心波長的訊號光在焦平 面處的光點特性大致與這三個波長相同。由圖中可知光點大小與相鄰訊號波長 的分隔距離分別約為 21.3 m
µ
與 36.27 mµ
，其中光點大小和相鄰訊號的分隔距離 與所使用的聚焦透鏡的有效焦距有關。當使用較短有效焦距的透鏡時，雖可使 整個系統的長度縮短，但使用較短焦距的單透鏡時為了能有效降低透鏡的像 差，則需採用較高光學品質的透鏡，這使整個系統的成本提高許多，權衡此因 素我們採用適當焦距的平凸透鏡用於訊號光的會聚。為了估計所製作的稜鏡光 柵系統的光學效率，我們定義出一個狹縫寬為 24 mµ
的範圍內作為量測依據，每個訊號波長在焦平面處所對應狹縫寬為 24 m
µ
範圍內的光學效率的量測結果 如圖 52 所示，在圖中我們也說明了帶有製程誤差的稜鏡光柵的計算結果，稜鏡 光柵的製程誤差分析在下一節中將會作詳細說明。圖 47 製作完成的稜鏡光柵。 (a) 實體照片。(b) 部分光柵放大照片。
圖 48 以ZYGOTM 光學式表面輪廓儀測量光柵的表面輪廓圖。
表 6 所設計稜鏡光柵表面輪廓深度與寬度值和量測值的比較。
設計值（ m
µ
） 量測值（ mµ
） 誤差 輪廓深度+z 9.8 9.7 ± 0.4 1.02%輪廓寬度+x 6.93 6.78 ± 0.3 2.26%
表 7 各光學元件穿透率的比較。
理論值 量測值
光束準直透鏡 0.99 0.96
稜鏡光柵 0.684 0.672
聚焦透境 0.926 0.903
可調波長雷射
準直透鏡 稜鏡光柵 聚 焦 透 鏡 顯微物鏡 紅外 CCD
圖 49 各通道中心波長光強度分布量測架構示意圖。
圖 50 各通道中心波長在焦平面處的光場強度分布量測圖。
圖 51 在焦平面處部分通道中心波長的橫向光強度分布量測曲線圖。
1544 1546 1548 1550 1552 1554 1556 1558 0.72
0.76 0.80 0.84 0.88 0.92 0.96 1.00