光栅的制作及衍射特 (恢复).doc

南昌大学物理实验报告姓名：张健 学号：5502211042 专业班级应物111班 班级编号：S008实验时间：第15周星期一13:00 座位号： 16 教师编号： T017 成绩： 光栅的制作及衍射特性一、 实验目的1. 掌握光栅制作的方法及原理；2. 了解光栅衍射的特点。二、 实验仪器全息台，He-Ne激光器，定时器，50分束镜，平面镜，全息干板，像屏，底板夹，透镜，显定影用具。三、 实验原理1. 光的干涉原理当两束相干的平面波以一定的角度相遇时，在它们相遇的区域内便会产生干涉，其干涉图样在某一平面内是一系列平行等距的干涉条纹，其强度分布则是按余弦规律变化，即干涉图样的强度分布为（1）其中，是两列平面波的振幅，是对应空间相位函数。当两束相干光的相位差是波长的整数倍时，即，（1）式便描述了两束相干光干涉所形成的峰值强度面的轨迹，如图1.如能用记录介质将此干涉条纹记录下来并经过适当处理，则就获得了一块全息光栅。2. 全息光栅基本参数的控制（1） 全息光栅空间频率（周期）的控制如图2，波长为的、两束相干光与P平面法线的夹角分别为，它们之间的夹角为。这两束相干的平行光相干叠加时所产生的干涉图样是平行等距的，明暗相间的直条纹，条纹的间距d可由下式决定：（2）图2 估测光栅空间频率的光路示意图X0P当两束光对称入射时，即，则（3）当很小时，上式可改为（4）若所制光栅的空间频率较低，两束光之间的夹角不大，就可根据（4）式估算光栅的空间频率。具体的做法是：把透镜放在、两光束的重合区，则两光束在透镜的后焦面上会聚成两个亮点，若两个亮点的距离为,透镜的焦距为，则有：（5）将（5）式代入（4）式得：（6）即光栅的空间频率为（7）如图2，将白屏P放在透镜L的后焦面上，根据亮点的距离估算光栅的空间频率。（8）（2） 全息光栅的槽型控制由于全息光栅是通过记录相干光场的干涉图样而制成的。因此，其光栅的周期结构与两个因素有关：干涉图样的本身周期结构；记录干涉图样的条件。干涉条纹是余弦条纹，那么，通过曝光所制的的光栅是否也具有余弦型的周期结构呢？不一定，只有当记录过程是线性记录时，即曝光底片变黑的程度与干涉图样的强度成正比时，所制得的全息光栅才具有与干涉场相似的周期结构。为了了解线性记录的含义，下面简单介绍一下全息干板的感光特性。照相干板的感光特性，通常是用黑度D与曝光量的对数关系曲线来描述的，图3 照像底片感光特性曲线即曲线，或称作曲线，如图3（a）所示。但是在全息照相技术中，用干板的振幅透射率与曝光量的关系曲线（）来描述干板的感光特性更为方便，如图3（b）。振幅透射率是出射光与入射光透射率之比，曝光量是光强I与曝光时间t的乘积，即.由于只在中间一段近似为直线，所以有线性记录与非线性记录两种。记录时调整两相干光的强度之比在的范围，若将曝光量控制在线的直线范围内变化，这样记录的复振幅透射率就与入射光的光强度变化有线性关系。因此，为线性记录；否则，为非线性记录。（3） 检查光栅的正弦性及其空间频率几何光学方法：将制备的光栅直接置入激光的光束中，在远处屏上将得到其衍射图样，亦即为频谱。如果光栅的频谱只有0级和级三个亮点，则表明此光栅是正弦的。如果频谱出现更高级别的亮点，则表明是非正弦的。根据光栅G至屏P的距离，以及频谱中级两亮点之间的距离d，则可计算出光栅的实际空间频率。显然，。将测得的空间频率与要求的空间频率相比较，并分析原因。四、 实验内容制作=350c/mm的全息光栅及特性测量。l 光路的布置：如图5安排光路。图5 光栅制作光路像屏凸透镜2平面镜半透镜凸透镜1扩束镜氦氖激光器l 的测量：测出像屏上两个亮点的距离，本实验要求。注意：在凸透镜2处，两光斑要重合。两亮点要在凸透镜2的焦点上。l 曝光：关闭所有的灯，保持肃静。用手挡住激光发出来的光，装上干板，放开手，等八秒后，再次挡住光，取下干板。按照暗室操作规定，在暗室中进行显影、停影、定影、水洗及冷风干燥等过程。l 光栅的检验：将制作好的光栅按图4所示进行检验。测出光栅与像屏之间的距离，一级亮点之间的距离d，利用公式。五、 数据处理误差分析：由实验可知，得到的光栅的一级亮点亮度很低，一般会想到是由于光栅常数过小或入射光强太弱所致。但这都不应该出现，因为比我们的大的很多，而他们没有出现这一现象，怀疑入射光强太弱那就更没道理了。看来问题出在光路的布置中，唯一可能出现偏差的是夹角偏大，但从算出来的相对误差可以知道，主要问题不应该是由此引起的。难道是曝光出问题了，的确有点问题，曝光时他们竟然数出声来了，对于其他的，由于对机理不是很了解，不敢妄加猜测。不过，实验竟然有人做出多