实验四全息光栅拍摄.doc

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1、实验四全息光栅的拍摄光栅按其结构分类，可分为平面光栅、阶梯光栅和凹凸光栅；按衍射条件分类，可分为透射光栅和反射光栅。光栅的刻制方法有两种：机刻光栅和全息光栅。机刻光栅是用金刚刀挤压镀于硬质玻璃上的铝反射层而得。刻制工作量极大，刻制速度极慢，最多能刻到3600线/mm。由于其制造周期长，成本高，一般只能制得少量的母光栅，而实际应用的多是复制光栅，机刻光栅的缺点是线槽稍有缺陷时就会出现“鬼线”，即位于光谱线两侧的模糊不清的假线。全息光栅是用全息照相法刻制的高精度光栅。即用高光强的相干性极好的单色光，如

2、激光，用高分辨的感光材料。记录干涉条纹，经曝光、化学处理、和真空镀膜可以得到全息反射光栅。这种光栅几乎没有线槽间的周期误差，几乎没有“鬼线”，杂散光很少。最大线槽密度可达6500线/mm，最常用的是1200—1500线/mm的全息光栅。透射全息光栅制作较为简单。最简单的全息图是用两个平面光波相干叠加而得到的全息图，这种全息图是一组平行等距的直条纹，它可与机刻光栅起到相同的作用，故称为全息光栅。全息光栅与机刻光栅和复制光机相比，它的制作方法简单、成本低；而且没有周期性误差，杂散光少，对环境条件（如振

3、动、温度、湿度等）要求低。一、实验目的(1)了解全息光栅的原理和用途。(2)知道全息图对记录材料分辨率的要求。(3)掌握全息拍摄的光路构建。(4)掌握全息干板的化学处理过程。(5)测量全息光栅的空间频率、衍射效率。二，实验原理概述图4-1全息光栅拍摄光路La：氦氖激光器Gt：光束提升器(或全反镜)K：光闸Lk：扩束镜L：准直透镜S：分束镜调节器M1M2：反射镜H：干版架透射全息光栅：全息光栅是指有大量平行、等宽和等距的多狭缝的光学元件。记录全息光栅的光路图如图(4-1)所示，也可用图4-2，图4-

4、3图4-2全息光栅拍摄光路La：氦氖激光器Gt：光束提升器(或全反镜)K：光闸S：分束镜调节器La1La2：扩束镜L1L2：准直透镜M1M2：反射镜H：干版架图4-3全息光栅拍摄光路La：氦氖激光器K：光闸C：扩束镜L：准直透镜BS1BS2：分束镜M1M2M：全反射镜P为毛玻璃观察屏，拍摄时改为干板图4-4物光,参考光和干涉条纹如图可见，干板上记录的是两束平行光(物光和参考光)的干涉条纹。设当物光和参考光分别为；(4-1)(4-2)式中和分别为它们的相位，和分别为振幅。两光束干涉后的光强(4-3)

5、式中M称为干涉条纹对比度(反衬度)，＝，，，=(4-4)式中即两光波相位差，若干涉条纹可看成是一个驻波，则其波矢量就是±．若两光波的波长相同，则，由此不难证明(4-5)式中是和之间的夹角，如(图4-4)所示。利用得到(4-6)式中就是干涉条纹的空间周期，即条纹间距(光栅空间周期或光栅常数)。图4-5干涉条纹在x方向的空间频率用干板记录干涉条纹：设干板的放置方向与相同(图4-4所示)，则干板上记录的干涉条纹的空间周期，就是，这时干板记录的干涉条纹的密度(单位长度内的条纹数，即光栅的空间密度)为(4-

6、7)当干板的放置方向与的方向成夹角为时，如(图4-5)所示。则干涉条纹在方向的空间频率分量应为(4-8)式中和分别为和与轴之间的夹角。(4-7)，(4-8)式中λ是物光和参考光的波长，(4-7)式表明在拍摄波长一定时，物光和参考光的夹角越大，则干涉条纹的密度越大。夹角一定时拍摄用的波长越短，则干涉条纹的密度越大。空间频率的控制方法如下。图4-6拍摄光栅参数计算用图两束平行光的夹角是通过调节反射镜或来实现的。在置于光束相交区的P屏(干板H处)上会出现干涉条纹，见(图4-6)。形成光栅后，取走P，将一

7、透镜放在两束平行光光斑重合相交的地方(即观察屏P处)，由于两光束有夹角，故通过透镜后在其焦平面上有两个聚焦光点，在透镜的焦平面上测量两个聚焦光点之间的距离x，调节位置，使x值满足所需光栅间距Λ的要求。例：透镜焦距f=380mm,Λ=0.01mm,632.8nm。利用光栅方程为Λsinθ=k和图4-5，并考虑到很小，则可知，取k=1，在旁轴条件下有：（4-9）于是可计算得两个光点距离为由式(4-8)可见通过调节x值(实际上是两平行光的夹角θ值)就可以控制光栅间距Λ。将光栅间距Λ调好后，将此辅助透镜L

8、取走。在屏的位置换上全息干版就可摄制全息光栅。记录全息光栅对干板分辨率的要求：条纹密越大对干板的分辨率要求也就越高，(表4-1)是用He-Ne(632.8nm)拍摄干涉条纹(全息光栅)时，对干板的分辨率的最小要求。表4-1用He-Ne(632.8nm)拍摄全息图片时，对干板的分辨率的要求θ30º60º90º120º150º180º分辨率(cy/mm)81815802230274030503160在拍摄振幅透射光栅时，一般都工作在曝光特性曲线的线性区，故可以把干板的复透射率表示为(4