用高衍射级次换取超高分辨率
中阶梯光栅（Echelle Grating）是一种刻线密度很低（通常 30～300 线/mm）、但闪耀角非常大（通常 63°～76°）的反射光栅，工作在高衍射级次（m = 20～200）上。普通光栅靠密集的刻线获得色散，中阶梯光栅则靠高级次获得色散。
工作原理：交叉色散把级次"摞"起来
分辨本领 R = mN：虽然中阶梯光栅的总刻线数不多，但级次 m 很高，分辨本领可达 10⁵～10⁶。在 Littrow 条件下，R = 2W·sinθB/λ，只取决于光栅宽度 W 和闪耀角，与刻线密度无关。
代价是相邻级次严重重叠：每一级的自由光谱范围只有 λ/m，几个纳米而已。中阶梯光谱仪在垂直方向加一个交叉色散元件（棱镜或低色散光栅），把不同级次上下分开，于是在二维探测器上得到一幅"二维阶梯光谱图"：每一行是一个级次，行内自左向右是波长。
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一次曝光即可同时记录 200～900 nm 的全部谱线，而且每一段都有 pm 级的分辨率。下面的演示可以看到级次怎样排布、某条谱线落在探测器的什么位置。
交互演示：二维阶梯光谱图
调节光栅刻线密度、闪耀角、焦距和波长范围，选择棱镜或光栅交叉色散，观察各级次在二维探测器上的排布；拖动"查找波长"可以找到任意波长所在的级次和位置。
模型说明：按 Littrow 近似计算，各级闪耀中心 λc = 2d·sinθB / m，行内只画出一个自由光谱范围；棱镜按熔石英柯西公式近似，行距只示意相对关系。阶梯光谱图按探测器尺寸缩放，图中级次标签按间隔显示。
显著优势与典型应用
- 超高分辨率：分辨本领可达 10⁵～10⁶，光谱分辨率可达 pm 量级。
- 宽波段一次采集：二维展开后一次曝光就能覆盖紫外到近红外，不需要扫描或更换光栅。
- 高通量：大闪耀角在每个级次的闪耀中心附近都有较高效率。
典型应用包括 ICP-OES 全谱直读分析、激光诱导击穿光谱（LIBS）多元素同时检测、天文光谱（恒星视向速度测量）以及激光线宽与波长的精密测量。
中阶梯光谱仪与 LIBS 方案
四川森普力科技有限公司提供中阶梯光谱仪及激光等离子体光谱测量方案，可按元素、波段与分辨率需求配置。
- LIBS / OES 多元素同时分析方案
- 高分辨谱线测量与波长定标
- 系统集成与软件开发
