全息光栅的制作.docx

北京交通大学大学物理实验设计性实验实验题目全息光栅的制作学院 机电班级 0910学号 09222076姓名 刘犇首次实验时间2010年11月23日指导教师签字一、实验任务设计并制作全息光栅，并测出其光栅常数，要求所制作的光栅不少于每毫米100条。二、实验要求1、设计三种以上制作全息光栅的方法，并进行比较。2、设计制作全息光栅的完整步骤（包括拍摄和冲洗中的参数及注意事项），拍摄出全息光栅.3、给出所制作的全息光栅的光栅常数值，进行不确定度计算、误差分析并做实验小结。三、实验的基本物理原理1、光栅产生的原理光栅也称衍射光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果（如图1）。 图12、测量光栅常数的方法：用测量显微镜测量；用分光计，根据光栅方程dsin =k 来测量；用衍射法测量。激光通过光栅衍射，在较远的屏上，测出零级和一级衍射光斑的间距x及屏到光栅的距离L，则光栅常数d= L/x。四、实验的具体方案及比较1、洛埃镜改进法：基本物理原理：洛埃镜的特点是一部分直射光和另一部分反射镜的反射光进行干涉，如原始光束是平行光，则可增加一全反镜，同样可做到一部分直射光和一部分镜面反射光进行干涉，从而制作全息光栅。优点：这种方法省去了制造双缝的步骤。缺点：光源必须十分靠近平面镜。实验原理图： 图22、杨氏双缝干涉法：基本物理原理：S1，S2为完全相同的线光源，P是屏幕上任意一点，它与S1，S2连线的中垂线交点S相距x，与S1，S2相距为rl、r2，双缝间距离为d，双缝到屏幕的距离为L。因双缝间距d远小于缝到屏的距离L，P点处的光程差： 图3=r2-r1=dsin=dtg=dx/Lsin=tg这是因为角度很小的时候，可以近似认为相等。干涉明条纹的位置可由干涉极大条件=k得：x=(L/d)k,干涉暗条纹位置可由干涉极小条件=(k+1/2)得：x=(D/d)(k+1/2)明条纹之间、暗条纹之间距都是x =(D/d)因此干涉条纹是等距离分布的。而且注意上面的公式都有波长参数在里面，波长越长，相差越大。条纹形状：为一组与狭缝平行、等间隔的直线（干涉条纹特点）d= L/x优点：使用激光光源相干条件很容易满足。缺点：所需的实验仪器较复杂，不易得到。实验原理图： 图43、马赫曾德干涉仪法：基本物理原理：只要调节光路中的一面分光镜的方位角，就可以改变透射光和反射光的夹角，从而改变干涉条纹的间距。优点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验效果不错，易于学生操作。缺点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验可能不够精确。实验原理图： 图5五、仪器的选择与配套综合考虑各方面条件，本次试验采用马赫曾德干涉仪法，所需的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散镜1面、凸透镜1面、半反半透镜2面、全反镜2面和白屏、光阑各一、拍摄光栅用的干片若干、架子。六、实验步骤（一）制作全息光栅1.打开He-Ne激光发射器，利用白屏使激光束平行于水平面。2.调节发散镜和激光发射器的距离使激光发散。3.调节凸透镜和发散镜的距离使之等于凸透镜的焦距，得到平行光。4. 调节2面半反半透镜和2面全反镜的位置和高度，使它们摆成一个平行四边形（如图5）。5.调节半反半透镜和全反镜上的微调旋钮，使得到的2个光斑等高，且间距为4-6cm。6. 测出实验中光路的光程差l。（在实验中我们测得的光路的光程差l=1.5cm）（二）拍摄全息光栅1.挡住激光束，把干片放在架子上，让激光束照射在干片上1-2秒，挡住激光束，把干片取下带到暗房中。2.把干片泡在显影液中适当的时间（时间长度由显影液的浓度决定），取出，用清水冲洗，在泡在定影液中约5分钟。取出，冲洗后晾干。3.用激光束检验冲洗好的干片，若能看见零级、一级的光斑，说明此干片可以用于测定光栅常数。（三）测定所制光栅的光栅常数原始数据表：x123456r（cm）h（cm）计算过程：七、实验注意事项1、不要正对着激光束观察，以免损坏眼睛。2、半导体激光器工作电压为直流电压3V，应用专用220V/3V直流电源工作(该电源可避免接通电源瞬间电感效