全息光栅制作

1、实验三全息光栅的制作【实验目的】1、了解用全息方法制作一维光栅和二维正交光栅的基本原理。2、掌握全息实验光路的基本调节方法和制作技巧。3、初步了解全息干涉的处理方法。【实验原理】由光的干涉原理可知，两束平行的相干光干涉，干涉场是一组明暗相间的等间隔的干涉 条纹，其周期由两束平行线的夹角和光波波长确定，若将全息记录干版置于该干涉场中，则 干版上记录到得干涉条纹将呈现等间隔的干涉直线条纹，这就是全息光栅。采用不同的全息 记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平 面光栅和体光栅）。下面介绍制作平面全息光栅的制作。设两束平行光的夹角为0，光波波长为人，且两束平行

2、光对于全息干版呈对称入射，如 下图所示。显然，干板记录的全息光栅的透射率应该呈余弦函数分布，称为余弦光栅。由干 涉原理可知，全息光栅周期d由下式确定：人（1）d -tf02sin（0/2）f0为光栅空间频率，用来表征光栅线密度特性，其单位通常为lp/mm（lp表示“线对”，指条亮纹和一条暗纹构成的一个线对，对应光栅的一个周期）。由式1可知，通过改变两束光之 间的夹角可以得到不同空间周期或频率的全息光栅。对于低频光栅，两束平行光的夹角很小， 利用小角度近似，可以用下式来计算光栅的周期和频率:（2）d -1雄fo 0全息光栅的记录光路记录全息光栅的光路有多种，图1和图2是其中常见的两种光路。图1所

3、示光路中BS：分光比为1:1的分束镜S、A：电子快门和光强衰减器（不用）M1、M2：全反镜L1、L2和L3、L4：两路扩束准直H：全息干板图1全息光栅记录光路之一从图1可知，9很小时，有tan（0/2）斗/2 = D/1，则d =-牝，实验中可用此式来f 2 D估算低频光栅的空间周期和空间频率。（b）光册空I诃频率删量计算方法（a）记录光路图2全息光栅记录光路之二（a）记录光路,（b）空间频率测量计算方法图2所示光路是马赫一曾德干涉仪光路。利用该光路所形成的全息光栅的空间周期和空 间频率仍可用式（1）和式（2）来确定。实验中可用图2（b）所示的方法来测量计算光栅的空 间周期和空间频率，其中L时

4、焦距已知的透镜，把它放在图2（a）所示光路中的全息干板H处， 在透镜后焦面上测量得到两束平行光束会聚点之间的距离2D，则有tan（0/2）0/2 = D/ f成立，可得d=-1牝f，实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空间频率。f二维正交光栅二维光栅相当于两个正交的一维光栅的乘积，在光信息处理中可用作特殊的滤波器。全 息二维光栅的制作是通过两次曝光的方法，即第一次对全息干板曝光，记录一维光栅，然后 将干板绕其法线旋转90，再曝光一次，完成二维光栅的记录。【实验内容】采用图1所示光路，拍摄一个f0 300线/mm的二维正交光栅，并测量其空间频率；采用图2所示光路，拍摄一个fo 300线/mm

5、的二维正交光栅，并测量其空间频率。 【实验步骤】光路参数估算：根据要求制作的光栅的空间频率，估算出D和l根据图2的光路进行布置。需注意：1）各光学元件必须调到共轴，所有光束走向相对于平台保持平行；2）两束光强比尽量保持1:1，以便获得较高的衍射效率记录二维全息光栅1）全息干板需曝光两次，调整曝光时间避免曝光过度。2）两次曝光之间应将干板绕其法线旋转90显影、清水冲洗、定影、清水冲洗。【光栅特性测量】将制作好的光栅放在激光光束前进行干涉实验，测得正负一级间距为p，干板距离光屏 为f，则实际空间频率为fo=f，与目标值比较。在观察屏上，如果只出现中间的三个亮点（0级和1级），则说明制作的光栅是正余弦型 的，如果出现0级、1级、2级、3级等亮点，说明所制作的光栅是非正余弦型的；如果 出现很多级亮点，则说明制作的光栅接近矩形光栅。要想得到正余弦型光栅，需要在充分了 解全息干板的感光特性的基础上严格控制曝光、显影和定影时间，一般情况下值得的是非正 余弦光栅。(6)观察实验结果 (此将凉干后的光栅放置在支架上，并在其后放置透镜L,用其中的一束平行光束垂直照射，在透镜的后焦面上用毛玻璃屏接收，构成图4所示的光路，从毛玻璃屏上即可观察到光栅的衍射图样,图4全息光桐