全息光栅的制作(实验报告)

全息光栅的制作

一．【实验目的】

1、了解全息光栅的原理；

2、复习用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照；

3、学习对全息光栅的后处理。

二.【主要仪器及设备】

1.光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm针孔的针孔滤波器组合两套。

2.扩束透镜（20~40 倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。

3. 20mW He-Ne 激光器一台。

4.天津I 型全息干板，显影、定影设备和材料。

5.电子快门和曝光定时器一套。

三.【实验原理】

全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，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）。当参考光波和物光波都是点光源且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅。有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。我们常采用马赫-曾德干涉仪光路。

（一）马赫-曾德干涉仪法

（1）光栅制作原理与光栅频率的控制

用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d(实验中常称为光栅常数) 。

图1相干光干涉形成光栅的示意图

图2 全息光栅制作实验光路图

马赫-曾德干涉仪光路测全息光栅。如图（2），它是由两块分束镜（半反半透镜）和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器出射的光束经过扩束镜及准直镜，形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分束板之后分为两束。一束由分束板反射后达反射镜，经过其再次反射并透过另一个分束镜，这是第一束光；另一束透过分束镜，经反射镜及分束镜两次反射后射出，这是第二束光。在最后一块分束镜前方两束光的重叠区域放上屏P。若Ⅰ，Ⅱ两束光严格平行，则在屏幕不出现干涉条纹；若两束光在水平方向有一个交角，那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两束光交角越大，干涉条纹越密。当条纹太密时，必须用显微镜才能观察得到。在屏平面所在处放上全息感光干版，记录下干涉条纹，这就是一块全息光栅。

为了保证干涉条纹质量，光束I和II需要严格水平于光学平台，可在图中最后一个分束镜后面两束光的重叠区内放一透镜，将屏移到透镜的后焦面。细调两块反射镜使光束I和II在屏上的像点处于同一水平线上，这样I、II严格水平于平台。

然后，可转动两块反射镜或最后一块分束镜使两个像点重合。这时光束I和光束II处于重合状态，会聚角ω，应没有干涉条纹。撤去透镜后，微调两块反射镜或最后一块分束镜的水平调节旋钮，改变I、II的会聚角使其不=

为零，就可在光束I和II的重叠区看到较明显的干涉条纹。

准确的控制光栅常数（即光栅的空间频率）,是光栅质量的重要指标之一。我们采用透镜成像的方法来控制制作的光栅的空间频率：

如果上图中经最后一块分束镜射出的两相干光束I、II与P面水平法线的交角不相等，分别为θ1和θ2，ω=θ1+θ2称为两束光的会聚角，如图3中所示，

图3 两束光投射到屏幕上（俯视图）

则由杨氏干涉实验的计算得到两束光在P 面形成的干涉条纹的间距为： ??

? ??-??? ??+=+==2cos 2sin 2sin sin 1

212121θθθθλθθλ

v d -- （1-1）

式中λ为激光束的波长，对于He-Ne 激光器λ=6328?A 。当21θθ=而且(2/)21θθ+《1时，近似有： ωλ

≈

d -------------------------------（1-2）在本实验中，由于两束光的会聚角ω不大，因此可以根据上式估算光栅的空间频率。具体办法是：把透镜L 2放在图1-2中两束光I 、II 的重叠区，如图4所示。

图4用透镜估算两束光的会聚角（俯视图）

在L 的焦面上两束光会聚成两个亮点。若两个亮点的间距为0x ，透镜L 的焦距为?，则有f x /0≈ω。

由此式和式（1-2）可得：0/x f d λ≈。从而所得到的正弦光栅的空间频率为:

λf x d v 0

== ------------------（1-3）根据式（1-3），按需要制作的全息光栅对空间频率的要求，调整图2中两光束Ⅰ、Ⅱ的方向，使之有合适的夹角。例如要拍摄100线/mm 的全息光栅， v

=100线/mm ，本实验所配备的透镜L 1的焦距f=150mm ，氦氖激光器激光波长λ

=0.63×10-3mm ，根据式（2-3），0x =λf v =0.63×10-3 ×150×100=9.5mm 。实验时把屏幕放在L1的后焦面上，根据两

个亮点的间距，即可判断光栅的空间频率是否达到要求。可调节图2中Ⅰ、Ⅱ两束光的方向，一直到0x =19mm 为止。

由式（1-1）,并参照图2和图3，在实验中改变Ⅰ、Ⅱ两束光的方向从而改变光栅空间频率的途径有两种。一种是绕铅垂方向略微转光路中的任一块反射镜或最后一块分束镜，从而改变2θ，使得干涉条纹的间距d 改变；另一种是绕铅垂方

向旋转干版P ，这时在保持21θθω+=不变的条件下将使21θθ-改变，从而改变了d ，也即改变了空间频率υ。在本实验中，因干版架无旋转微调装置，所以采用第一种办法。

以上方法制作的是最简单的一维光栅，以下是其观察示意图5：

（2）正交光栅：

如果以上的一维光栅制作成功，那么两维光栅只需要对干版进行两次曝光就行了。这两次曝光分别是让干版水平放置和垂直放置，所用光路及拍摄方法与全息光栅基本相同，仍然是在马赫-曾德干涉仪上拍制。只是暴光一次后，将全息干版旋转900再暴光一次，这样就使两个相互垂直的光栅拍在一块干版上，这就是正交光栅。

正交光栅的观察如图6：

（二）低频全息光栅（选做）

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。在图1 所示光路中，由激光器发出的激光经分束镜BS 后被分为两束，一束经反射镜M1反射、透镜L1和L2扩束准直后，直接射向全息干板H；另一束经反射镜M2反射、透镜L3和L4扩束准直后，也射向全息干板H。图中，S 和 A 分别为电子快门和光强衰减器，电子快门与曝光定时器相连，用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等.距直线干涉条纹。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就得到一个全息光栅。

在对称光路布置下，光栅周期d或空间频率f0由下式确定：

(1)

式中，是两束平行光之间的夹角，λ 是激光波长。由（1）式可以看出，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，当θ 减小时，周期d增大、频率f0减小；对于低频光栅，θ 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)

从图 1 可知，在θ 值较小时，有tan(θ/ 2) ≈ θ / 2 = D / l，将之代入（2）式可得：

(3)

实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空间频率。

图 2 所示中是由激光器发出的激光经M1反射、透镜L1和L2扩束准直后，变成平行光；该平行光束经分由束镜BS1后被分为两束，一束经反射镜M2反射，再透过分束镜BS2后射向全息干板H；另一束经反射镜M3反射、再经分束镜BS2反射后射向全息干板H。图中S 是电子快门，与曝光定时器相连，用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等距直线干涉条纹。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就得到一个全息光栅。所形成的全息光栅的空间周期和空间频率仍然可用（1）式和（2）式确定。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 是焦距已知的透镜，把它放置在图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平行光束会聚点之间的距离2D，则有tan(θ/ 2) ≈ θ / 2 =D / f成立，将之代（2）式可得

（4）

采用图2 所示光路制作全息光栅时，实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空间频率。

（三）复合光栅（选做）

所谓复合光栅是指在同一张全息干板上记录两个栅线彼此平行但空间频率不同的光栅。复合光栅采用两次曝光方法来制作。设第一次曝光记录了空间频率为f0的光栅，然后保持光栅栅线方向不变，仅改变光栅的空间频率，在同一张全息干板上进行第二次曝光，设第二次曝光记录的光栅的空间频率为f0。合理选择两次曝光的曝光时间和显定影处理条件，经处理后就可得到一个复合全息光栅。复合光栅上将出现莫尔条纹，莫尔条纹的空间频率f m是f0和f0'的差频，即

（5）

例如，若f0=100线/mm，f0' =102线/mm或98线/mm，则莫尔条纹的空间频率f m为2线/mm。这种复合光栅可用于光学图像微分运算。

拍摄复合光栅的光路仍可采用图1 或图2 所示的光路，为了改变第二次曝光时的光栅空间频率，只需改变两束平行光的夹角θ即可。改变夹角θ的方法有两种，一种是在图1 所示光路中适当平移、并在水平方向旋转反射镜M1和M2，在图 2 所示光路中适当平移、并在水平方向旋转反射镜M2和M3（也可旋转分束镜BS2）；另一种方法是在水平方向（以竖直方向为轴）旋转全息干板H，如图 3 所示，以便改变夹角θ。其中，第二中方法操作简便，并且对于一定大小的Δf0或f m，其所需要的调节量较大，便于提高精度。

由图 3 可知，当干板转动一个小角度?时，对应干涉条纹的空间周期变为：

（6）

莫尔条纹的空间频率为

（7）

实验中，?角的改变可以通过调节干板夹持架下面的带有刻度的旋转台来实现。

四.【实验内容与步骤】

1．马赫-曾德干涉仪法

（1）调节马赫-曾德干涉仪光路光路以上改进型光路拍摄也行，调出干涉条纹，在分束镜后加上透镜和白屏。

（2）拍摄全息光栅：

调妥后挡住激光束,放置全息干版,静置1～2min后曝光,20线/mm，100线/mm各拍摄一块。

（3）处理：

显影、清水冲洗、定影、清水冲洗、漂白、烘干。

2．低频全息光栅的制作（选做）

（1）光路参数估算根据要求制作的全息光栅的空间频率f0，参照图 2(b)、由（4）式

计算出D。实验中λ = 632.8nm ，f= 400mm。

（2）光路布置和调整（a）首先保证从激光器出射的细激光束平行于台面；（b）用细激光束调整光路中各元器件的高度和中心位置，并使各元器件的光轴平行于台面；（c）按图2所示光路先放置好反射镜M1和电子快门S，再用L1、L2及针空滤波器将细激光束扩束准直成平行光；（d）放置好分束镜BS1，使平行光尽量以45 度角入射，入射平行光被BS1分成两束；（e）放置反射镜M2和M3及分束镜BS2，使BS1、M2、M3和BS2的位置近似成矩形；（f）调节M2和M3或BS2，使经BS2反射和透射的平行光以一定角度在全息干板H（此时以毛玻璃屏代替）上交叠；（g）在全息干板处放置透镜L，在透镜后焦面上放置毛玻璃屏，调节M2和M3或BS2，使两会聚点之间的距离达到要求的值；（h）熟悉了解电子快门和曝光定时器的使用。光路调整完毕后，将各调整底座固定好，不要再碰各元器件。

（3）准备显影、定影材料把三个适当大小的水槽依次放置好，按自左至右（或反之）依次在其中加入适量的显影液、清水和定影液。

（4）曝光（a）按照激光器输出功率大小和所使用的全息干板来决定的曝光时间（一般由指导教师根据事先的实验给定），调整好曝光定时器；（b）记下光束在毛玻璃屏上交叠的位置，关闭电子快

门和室内灯光，取下干板架上的毛玻璃屏、换上全息干板，使全息干板的感光药膜面对着入射光束，此后不要再碰光学平台及其上面的各元器件，稳定一分钟左右；（c）控制曝光定时器进行曝光。

（5）显影、定影处理第（4）步后，将曝光后的全息干板取下来，按给定的显影、定影时间进行处理。处理完毕后用清水进行充分的冲洗，然后凉干，得到全息光栅。

（6）观察实验（a）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。

在观察屏上，如果只出现中间的三个亮点（0 级和±1 级），则说明所制作的光栅是正余弦型的；如果出现0 级、±1 级、±2 级、±3 级、级亮点，则说明所制作的光栅是非正余弦型的；如果出现很多级亮点，则说明所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，一般情况下制得的是非正余弦光栅。如果要制得矩形光栅，则要用高反差系数γ 的全息干板；高γ 值干板的宽容度很小，可近似认为当曝光量达到某一值时就饱和曝光，曝光量小于该值时就不曝光，因而可形成接近矩形的光栅。此外，由于实验中所采用全息干板的感光药膜较薄，其厚度与光栅周期相比很小，所以实验所制作的光栅属于平面光栅。

（b）在图 4 所示光路中，测量得到±1 级亮点之间的距离p，就可根据下式计算得到光栅实测的空间频率，用f0'表示。此值应与设计要求值基本一致。

（8）3．复合全息光栅的制作（选做）

. 仍采用图2 所示光路，所不同的是要进行两次曝光，并在两次曝光之间，将全息干板旋转适当角度。第一次曝光记录光栅的空间频率为f0=100 线/mm，其步骤与上述的（1）—（4相同。在第一次曝光完毕后，按计算要求的角度?调节干板下面的旋转台，不要碰台面上的其它任何器件。调节完毕后稳定三十秒到一分钟，再进行第二曝光，时间与第一次曝光的时间相同。两次曝光完毕后，按上述的第（5）步进行显影、定影等处理，即可得到复合全息光栅。对着普通光源观察，可以观察到复合光栅上的莫尔条纹，也可采用图 4 所示的光路测量光栅的空间频率，并与设计值进行比较。

五.【总结】

全息光栅是一种重要的分光元件。作为光谱分光元件，与传统的刻划光栅相比，具有以下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等，已广泛应用于各种光栅光谱仪中，供科研、教学、产品开发之用。作为光束分束器件，在集成光学和光通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等。在光信息处理中，可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。本实验主要进行平面全息光栅的设计和制作实验。

全息光学元件是指采用全息方法（包括计算全息方法）制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转光束扫描等功能的元件。在完成上述功能时，它不是基于光的反射和规律折射，而是基于光的衍射和干涉原理。所以全息光学元件又称为衍射元件。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等

全息光栅的制作实验报告

全息光栅的制作一、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，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。误差分析并作实验小结。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1

2、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d·sin =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（如图2）。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。图2 2、杨氏双缝干涉法： λ，其中：λ为波长，L为双缝到屏（全息干版）的距离，x?为= L? xd 双缝间距，d为光栅常数。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。

光栅衍射实验实验报告

工物系核11 李敏 2011011693 实验台号19 光栅衍射实验一、实验目的（1）进一步熟悉分光计的调整与使用；（2）学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法；（3）加深理解光栅衍射公式及其成立条件；二、实验原理 2.1测定光栅常数和光波波长如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成i 角，入射到光栅上产生衍射；出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射光。如果在F 处产生了一个明条纹，其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍，即 ()sin sin d i m ?λ ±= （1） m 为衍射光谱的级次， 3,2,1,0±±±.由这个方程，知道了λ?,,,i d 中的三个量，可以推出另外一个。若光线为正入射，0=i ，则上式变为 λ ?m d m =sin （2）其中 m ?为第m 级谱线的衍射角。据此，可用分光计测出衍射角m ?，已知波长求光栅常数或已知光栅常数求波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长如右图。入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧，（1）式中应取加号，即d (sin φ+sin ι)=mλ。以Δ=φ+ι为偏向角，则由三角形公式得 2d (sin Δ 2cos φ?i 2 )=mλ （3）易得，当φ?i =0时，?最小，记为δ，则(2.2.1)变

为 ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ （4）由此可见，如果已知光栅常数d ，只要测出最小偏向角δ，就可以根据（4）算出波长λ。三、实验仪器 3.1分光计在本实验中，分光计的调节应该满足：望远镜适合于观察平行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。 3.2光栅调节光栅时，调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。 3.3水银灯 1.水银灯波长如下表 2.使用注意事项（1）水银灯在使用中必须与扼流圈串接，不能直接接220V 电源，否则要烧毁。（2）水银灯在使用过程中不要频繁启闭，否则会降低其寿命。（3）水银灯的紫外线很强，不可直视。四、实验任务（1）调节分光计和光栅使满足要求。（2）测定i=0时的光栅常数和光波波长。（3）测定i=15°时的水银灯光谱中波长较短的黄线的波长

全息光栅实验

全息光栅的制作引言光栅是一种重要的分光元件,在实际中被广泛应用。许多光学元件, 例如单色仪、摄谱仪、光谱仪等都用光栅作分光元件;与刻划光栅相比, 全息光栅具有杂散光少、分辨率高、适用光谱范围宽、有效孔径大、生产效率高, 成本低廉等突出优点，并且制作简便、快速。 1、实验目的 1、了解全息光栅的原理 2、用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照 3、学习对全息光栅的后处理 2、基本原理（一）全息光栅当参考光波和物光波都是平面波且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅，这是本节的内容。（二）光栅制作原理与光栅频率的控制用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d (实验中常称为光栅常数) 。有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。我们常采用马赫-曾德干涉仪光路,如图2所示。

Ⅰ 图1 全息光栅制作实验光路图它是由两块分束镜（半反半透镜）和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器出射的光束经过扩束镜及准直镜，形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分束板之后分为两束。一束由分束板反射后到达反射镜，经过其再次反射并透过另一个分束镜，这是第一束光；另一束透过分束镜，经反射镜及分束镜两次反射后射出，这是第二束光。在最后一块分束镜前方两束光的重叠区域放上屏P 。若Ⅰ，Ⅱ两束光严格平行，则在屏幕上不出现干涉条纹；若两束光在水平方向有一个交角，那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两束光交角越大，干涉条纹越密。当条纹太密时，必须用显微镜才能观察得到。在屏平面所在处放上全息感光干版，记录下干涉条纹，这就是一块全息光栅。为了保证干涉条纹质量，光束I 和II 需要严格水平于光学平台，可在图中最后一个分束镜后面两束光的重叠区内放一透镜，将屏移到透镜的后焦面。细调两块反射镜使光束I 和II 在屏上的像点处于同一水平线上，这样I 、II 严格水平于平台。然后，可转动两块反射镜或最后一块分束镜使两个像点重合。这时光束I 和光束II 处于重合状态，会聚角0=ω，应没有干涉条纹。撤去透镜后，微调两块反射镜或最后一块分束镜的水平调节旋钮，改变I 、II 的会聚角使其不为零，就可在光束I 和II 的重叠区看到较明显的干涉条纹。准确的控制光栅常数（即光栅的空间频率）,是光栅质量的重要指标之一。我们采用透镜成像的方法来控制制作的光栅的空间频率： Ⅱ Ⅰ

光栅衍射实验报告

字体大小：大| 中| 小2007-11-05 17:31 - 阅读：4857 - 评论：6 南昌大学实验报告 --- ---实验日期： 20071019 学号：+++++++ 姓名：++++++ 班级：++++++ 实验名称：光栅衍射实验目的：1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2.加深对分光计原理的理解。 3.用透射光栅测定光栅常数。实验仪器：分光镜，平面透射光栅，低压汞灯（连镇流器）实验原理: 光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝(或刻痕)构成的,是单缝的组合体,其示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上

的刻痕起着不透光的作用,两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵,常用的是复制光栅和全息光栅。图1中的为刻痕的宽度, 为狭缝间宽度, 为相邻两狭缝上相应两点之间的距离,称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度,即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图4载物台当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时，根据夫琅和费衍射理论，在各狭缝处将发生衍射，所有衍射之间又发生干涉，而这种干涉条纹是定域在无穷远处，为此在光栅后要加一个会聚透镜，在用分光计观察光栅衍射条纹时，望远镜的物镜起着会聚透镜的作用,相邻两缝对应的光程差为（1）出现明纹时需满足条件（2）（2）式称为光栅方程，其中：为单色光波长；k为明纹级数。由（2）式光栅方程，若波长已知，并能测出波长谱线对应的衍射角，则可以求出光栅常数d 。在=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线，则对称地分布在零级谱线的两侧，如图3所示。如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线：紫色1=435.8nm;绿色2=546.1nm;黄色两条3=577.0nm和4=579.1nm。衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。角色散率D（简称色散率）是两条谱线偏向角之差Δ两者波长之差Δ之比：

全息光栅的制作(实验报告)

全息光栅的制作一．【实验目的】 1、了解全息光栅的原理； 2、复习用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照； 3、学习对全息光栅的后处理。二.【主要仪器及设备】 1.光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm针孔的针孔滤波器组合两套。 2.扩束透镜（20~40 倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4.天津I 型全息干板，显影、定影设备和材料。 5.电子快门和曝光定时器一套。三.【实验原理】全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，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）。当参考光波和物光波都是点光源且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅。有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。我们常采用马赫-曾德干涉仪光路。（一）马赫-曾德干涉仪法（1）光栅制作原理与光栅频率的控制用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d(实验中常称为光栅常数) 。图1相干光干涉形成光栅的示意图

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验报告字体大小：大|中|小2007-11-05 17:31 - 阅读：4857 - 评论：6 南昌大学实验报告 ------实验日期： 20071019 学号：+++++++ 姓名：++++++ 班级：++++++ 实验名称：光栅衍射实验目的：1.进一步掌握调节和使用分光计的方法。 2. 加深对分光计原理的理解。 3. 用透射光栅测定光栅常数。实验仪器：分光镜，平面透射光栅，低压汞灯（连镇流器）实验原理：光栅是由一组数目很多的相互平行、等宽、等间距的狭缝（或刻痕）构成的,是单缝的组合体,其

示意图如图1所示。原制光栅是用金刚石刻刀在精制的平面光学玻璃上平行刻划而成。光栅上

,常用的是复制光栅和的刻痕起着不透光的作用，两刻痕之间相当于透光狭缝。原制光栅价格昂贵全息光栅。图1中的为刻痕的宽度，为狭缝间宽度，为相邻两狭缝上相应两点之间的距离，称为光栅常数。它是光栅基本常数之一。光栅常数的倒数为光栅密度，即光栅的单位长度上的条纹数,如某光栅密度为1000条/毫米,即每毫米上刻有1000条刻痕。图1光栅片示意图图2光线斜入射时衍射光路图3光栅衍射光谱示意图图4载物台当一束平行单色光垂直照射到光栅平面时，根据夫琅和费衍射理论，在各狭缝处将发生衍射，所有衍射之间又发生干涉，而这种干涉条纹是定域在无穷远处，为此在光栅后要加一个会聚透镜，在用分光计观察光栅衍射条纹时，望远镜的物镜起着会聚透镜的作用，相邻两缝对应的光程差为（1）岀现明纹时需满足条件（2）（2 ）式称为光栅方程，其中：为单色光波长；k为明纹级数。由（2 ）式光栅方程，若波长已知，并能测岀波长谱线对应的衍射角，则可以求岀光栅常数 d。在=0的方向上可观察到中央极强，称为零级谱线，其它谱线，则对称地分布在零级谱线的两侧，如图3所示。如果光源中包含几种不同波长，则同一级谱线中对不同的波长有不同的衍射角，从而在不同的位置上形成谱线，称为光栅谱线。对于低压汞灯，它的每一级光谱中有4条谱线：紫色1=435.8nm; 绿色2=546.1 nm; 黄色两条3=577.0nm 和4=579.1 nm 。衍射光栅的基本特性可用分辨本领和色散率来表征。

云纹干涉法实验报告

云纹干涉法实验时间：2008.12.18 朱建国同组：张军徽一、实验原理两束准直的激光束A 和B 以一定的角度2α在空间相交时（图1a ），在其相交的重叠区域将产生一个稳定的具有一定空间频率f,栅距为p 的空间虚栅，虚栅的频率f 与激光波长λ和两束激光的夹角2α有关，并由下式决定 αλSin f 2= （1）将涂有感光乳胶的全息干板置于图1a 所示的空间虚栅光场中，经曝光后，干板上将记录下频率为f 的平行等距干涉条纹。经过显影以后的底板,将形成图1b 所示的波浪形表面，这个波浪形表面便构成了频率为f 的位相型全息光栅，将这块光栅作为模板，便可用它在试件上复制相同频率的位相型试件栅。云纹干涉法采用的光栅频率f 通常为1200线/mm ，也有采用600和2400线/mm 的.通过使全息干板转动90O 进行两次曝光可获得正交型光栅,则可用于二维面内位移场和应变场测量 . 图2 云纹干涉法原理图

二、云纹干涉仪将已转移好试件栅的试件置于云纹干涉仪的光路系统中，调整好光路，便可对试件的位移场和变形进行测量。云纹干涉仪的光路如图7所示，所用激光器通常为氦氖激光器，其波长λ＝0.633μm 。为了能方便地测得U 和V 两组位移场，仪器中包含用以测量X 方向水平位移场（U 场）的水平光路系统,和用以测量Y 方向垂直位移场（V 场）的垂直光路系统。两组光路可分别独立使用. 由激光器产生的激光束经分光器和光纤耦合器并经准直镜分成四束准直光，分别投射到四个反射镜M 1、M 2、M 3、M 4上。调节反射镜M 1和M 2可使两束准直光O 1和O 2按方程（4）的要求投射到试件栅上，并调节安装试件的多维调节架，使试件栅的法线方向正好平分两束准直光O 1和O 2的夹角。此时O 1和O 2的一级衍射波将沿试件栅的法线方向传播，并经成像透镜L 将试件栅和两束衍射波的干涉条纹成像在CCD 摄像机的靶面上，实时地在显示器上显示，并由计算机存储和处理。当然，当试件未受力，试件栅比较规整，屏幕上应不出现条纹。如果干涉条纹较多，说明光路没有调节好。经过反复调节反射镜和试件调节座，可以使干涉条纹达到最少。此时的干涉条纹图称作零场条纹图。零场条纹图的条纹越少表明光路调节得越好，实验结果也将越准确。在调节光路系统时还必须注意试件栅的主方向(如X)是否和O 1和O 2所在平面,即水平面重合。否则,该试件栅主方向与水平面的夹角的存在表明试件栅具有相对于光路系统的面内转动位移,因而会出现反映这一转动位移场的转角云纹条纹,这将不能获得准确的零场条纹图。通过调节固定试件的调节座,转动试件栅,可以方便地消除转角云纹条纹。同理，通过调节垂直方向的两个反射镜M 3和M 4可以使入射光O 3和O 4调节到正确方向，使垂直方向的零场干涉条纹图的干涉条纹也最少。光路系统调节好以后，对试件施加载荷并产生变形。屏幕上将实时地出现与试件相对应的位移条纹图。由于加载时试件有时会产生刚体位移，包括刚体平移和刚体转动。由此而产生的附加干涉条纹是不需要的。通过调节夹持试件的多维调节座，可以将与刚体位移有关的干涉图8 云纹干涉仪光路系统 P M 3 M 1 M 4 O 3 O 2 α αO 1 O 4 Y X Z CCD M 2 L

全息光栅的制作(B5纸张_非常完整版_BJTU物理设计性实验报告)

全息光栅的制作一实验任务设计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100条/毫米）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（应包括马赫- 曾德干涉法）； 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，计算不确定度、进行误差分析并做实验小结。三实验基本原理 1.全息光栅全息光学元件是指基于光的衍射和干涉原理，采用全息方法制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转、光束扫描等功能的元件。光全息技术主要利用光相干迭加原理，简单讲就是通过对复数项（时间项）的调整，使两束光波列的峰值迭加，峰谷迭加，达到相干场具有较高的对比度的技术。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。其中全息光栅就是利用全息照相技术制作的光栅，在科研、教学以及产品开发等领域有着十分广泛用途。一般在光学稳定的平玻璃坯件上涂上一层给定型厚度的光致抗蚀剂或其他光敏材料的涂层，由激光器发生两束相干光束，使其在涂层上产生一系列均匀的干涉条纹，光敏物质被感光，然后用特种溶剂溶蚀掉被感光部分，即在蚀层上获得干涉条纹的全息像，所制得为透射式衍射光栅。如在玻璃坯背面镀一层铝反射膜，可制成反射式衍射光栅。作为光谱分光元件，全息光栅与传统的刻划光栅相比，具有以下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、价格便宜

等；全息光栅已广泛应用于各种光栅光谱仪中。作为光束分束器件，全息光栅在集成光学和光学通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等；在光信息处理中，可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。 2. 光栅条纹光栅，也称衍射光栅，是基于多缝衍射原理的重要光学元件。光栅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，其狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅会形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，而这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，因此当复色光通过光栅时，不同波长光所产生的谱线在不同位置出现而形成光谱。也就是说，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）。 3. 光栅方程光栅方程描述了光栅结构与光的入射角和衍射角之间的关系，它表示当衍射角满足的时候发生干涉加强现象，其中d 即为光栅常数。而当光以入射角入射时，光栅方程写为。 4. 光栅常数光栅常数是光栅两刻线之间的距离。一个理想的光栅可以认为由一组等间距的无限长无限窄的狭缝组成，而狭缝之间的间距称为光栅常数，在图 2中用d 表示。 sin d k θλ=θsin d k θλ=i θ(sin sin )i d k θ θλ+=图1 光通过光栅形成光谱图2 光栅光路

全息光栅

全息光栅的制作全息光学元件是指采用全息方法（包括计算全息方法）制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转光束扫描等功能的元件。在完成上述功能时，它不是基于光的反射和规律折射，而是基于光的衍射和干涉原理。所以全息光学元件又称为衍射元件。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。全息光栅是一种重要的分光元件。作为光谱分光元件，与传统的刻划光栅相比，具有以下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等，已广泛应用于各种光栅光谱仪中，供科研、教学、产品开发之用。作为光束分束器件，在集成光学和光通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等。在光信息处理中，可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。本实验主要进行平面全息光栅的设计和制作实验。一.实验目的: 1．学习掌握制作全息光栅的原理和方法。 2．学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。 3．通过实验制作一个低频全息光栅和一个复合光栅，并观察和分析实验结果。二.主要仪器及设备: 1. 光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm 针孔的针孔滤波器组合两套。 2. 扩束透镜（20~40 倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4. 天津I 型全息干板，显影、定影设备和材料。 5. 电子快门和曝光定时器一套。三.实验原理: 全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，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路布置、设计制作原理。 1.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。在图 1 所示光路中，由激光器发出的激光经分束镜BS 后被分为两束，一束经反射镜M1反射、透镜L1和L2扩束准直后，直接射向全息干板H；另一束经反射镜M2反射、透镜L3和L4扩束准直后，也射向全息干板H。图中，S 和A 分别为电子快门和光强衰减器，电子快门与曝光定时器相连，用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等.距直线干涉条纹。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就得到一个全息光栅。

光栅衍射实验报告

光栅衍射实验系别精仪系班号制33 姓名李加华学号 2003010541 做实验日期 2005年05月18日教师评定____________ 一、0i =时，测定光栅常数和光波波长光栅编号：___2____；?=仪___1’___；入射光方位10?=__7°6′__；20?=__187°2′__。由衍射公式，入射角0i =时，有sin m d m ?λ=。代入光谱级次m=2、绿光波长λ=546.1及测得的衍射角m ?=19°2′，求得光栅常数 ()2546.13349sin sin 192/60m m nm d nm λ??= ==+? cot cot 2m m m d d ?????==?=? ()4cot 192/601/60 5.962101802180ππ-????=+??=? ? ????? 445.96210 5.962103349 1.997d d nm nm --?=??=??= ()33492d nm =± 代入其它谱线对应的光波的衍射角，得 ()3349sin 2013/60sin 578.72 m nm d nm m ?λ?+?===黄1

()3349sin 209/60576.82 nm nm λ?+? = =黄2 ()3349sin 155/60435.72 nm nm λ?+?==紫 λ λ?== 578.70.4752nm nm λ?==黄1 576.80.4720nm nm λ?= =黄2 435.70.4220nm nm λ?==紫()578.70.5nm λ=±黄1，()576.80.5nm λ=±黄2，()435.70.4nm λ=±紫由测量值推算出来的结果与相应波长的精确值十分接近，但均有不同程度的偏小。由于实验中只有各个角度是测量值（给定的绿光波长与级数为准确值），而分光计刻度盘读数存在的误差为随机误差，观察时已将观察显微镜中心竖直刻线置于谱线中心——所以猜测系统误差来自于分光镜调节的过程。二、150'i =?，测量波长较短的黄线的波长光栅编号：___2____；光栅平面法线方位1n ?=__352°7′__；2n ?=__172°1′__。

光栅制作实验

全息光栅的制作及其参数测量浏览次数：652次悬赏分：20 |解决时间：2010-12-16 23:14 |提问者：Dreamer成仙请高人告诉我实验原理和方法。最好有图！！还有下列问题求助： 1.要拍摄一张优质的全息光栅要注意哪些主要环节？ 2.为什么制作全息光栅的显影密度要比制作全息图像时要大，即显影后的颜色要深？显影密度的具体数值与光栅常熟的大小有什么关系？ 3.拍摄全息光栅时，两束平行光的光程差大好还是小好？夹角大好还是小好？ 4.评价一张全息光栅主要特性参数有哪些？最佳答案全息光栅的制作（实验报告）完美版标签：光栅干片发散镜双缝白屏教育设计性试验看似可怕，但实际操作还是比较简单的~ 我的实验报告，仅供参考~ 实验报告封面全息光栅的制作一、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1 2、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d·sin =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2 2、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 δ=r2-r1=dsinθ=dtgθ=dx/L sinθ=tgθ 这是因为θ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δ=kλ得： x=(L/d)kλ,

2020年光栅衍射实验报告范文

实验时间2019 年月日签到序号【进入实验室后填写】福州大学【实验七】光栅的衍射（206 实验室）学学院班班级学学号姓姓名实验前必须完成【实验预习部分】登录下载预习资料携带学生证提前 10 分钟进实验室实验预习部分【实验目的】】【实验仪器】( 名称、规格或型号) 【实验原理】（文字叙述、主要公式、衍射的原理图）实验预习部分【实验步骤和注意事项】】实验预习部分

一、巩固分光计的结构（P 197 ，图25-10 ）载物台 6 7 25 望远镜11 12 15 16 17 平行光管2 27 调节分光计，要求达到（验调节步骤参阅实验25 ） ⑴⑴望远镜聚焦于无穷远，且其光轴与仪器转轴垂直。 ⑵⑵平行光管产生平行光，且其光轴与望远镜光轴同轴等高，狭缝为宽度在望远镜视场中约为1 mm （狭缝宽度不当应由教师调节）二、光栅位置的调节 1 、光栅平面与平行光管轴线垂直 ①①转动望远镜使竖直叉丝对准。，然后固定望远镜位置。 ②放置光栅时光栅面要垂直

。 ③③调节螺丝直到望远镜中看到光栅面反射回来的绿色十字叉丝像与重合。 2 、光栅上狭缝与仪器转轴平行。松开望远镜止动螺钉，向左（或向右）转动望远镜，观察各谱线，调节被螺丝使各谱线都被分划板视场中央的水平叉丝平分。 3 、反复调节直到1 和2 两个要求同时满足！数据记录与处理【一】测定光栅常数测出第一级绿光谱线的衍射角绿=541 nm k=1 置望远镜位置 T 1 置望远镜位置 T 2 1 1 2 2 2 1 2 1 1- -41 1′＝ rad）（弧度） 10sin 绿 kd

光栅的制作方法

光栅的制作方法一般说来，任何一种具有空间周期性的衍屏的光学元件都可以称为光栅，如果在一块镀铝的光学玻璃毛胚上刻划一系列等宽，等距而平行的狭缝就是透射光栅。如在一块镀铝的光学玻璃毛胚上刻出一系列剖面结构象锯齿形状，等距而平行的刻线这就是一块反射光栅。现代光栅是一系列刻划在铝膜上的平行性很好的划痕的总和，为了加强铝膜与玻璃板的结构的结合力，在它们之间镀一层铬膜或钛膜。在光学光谱区采用光栅刻划密度为0. 5—2400条／毫米。目前大量采用的600条／毫米，1200条／毫米，2400条／毫米。为了保持划痕间距d无变化，因此对衍射光栅的刻划条件要求很严。经验证明，对光栅刻划室的温度要求保持0．01—0．0313变化范围，光栅刻划机工作台的水平振动不超过1—3微米，光栅刻划室应该清洁，要避免通风带来的灰尘，光栅刻划室的相对湿度不应超过60—70％。光栅毛胚大多应有学玻璃和熔融石英研磨制成，毛胚应该加工得很好，其表面形状和局部误差要求甚严。任何表面误差将使衍射光束的波前发生变形，从而影响成象质量和强度分布。为了提高真空紫外区反射率，铝膜上还镀上一层氟化镁。制造光栅的方法有机械刻划，光电刻划，复制方法和全息照相刻划四种。机械刻划是古老方法，但可靠，间隙刻划技术比较成熟。但要刻划一块100X100mm 的光栅(刻划机的刻划速度为15—25条／分)计算须要4个昼夜。因此要求机器、环境在长时间内保持精确恒定不变。光电刻划就是利用光电控制的方法可以在某种程度上排除光栅刻划过程中机械变动和环境条件改变所产生的各种刻划误差。它一方面提高了光栅刻划质量，另方面也能在一定程度上简化机械结构、降低个别零件的精度和对周围环境的要求。光栅复制光栅刻划时间长和效率低，因此成本很高，不能满足光谱仪器的需求。目前复制法有二种：一次复制法就是真空镀膜法。二次复制法是明胶复制法。一次复制法是一次制成，而二次复制法是先复制母光栅的划痕，然后用该划痕印划在毛胚的明胶上。二次复制的工艺比较烦琐，但需要设备和条件都比较简单，明胶法复制光栅质量是比母光栅差些。还有刻制光栅的方法叫全息照相刻划法，其原理如下：二束相干光重叠会产生干涉条纹，其间距为。D=λ/2sinα其中入为光束波长，α为两束光干涉前的夹角。如图示激光的射出的相干光束，通过发散物镜O和针孔S，再经抛物镜P反射后落人两块平面反射镜P1和P2。由于平面镜P1和P2的反射使已分离的两束光成交于E面，其交角为2α。这两束光是相干的所以在正面产生干涉条纹，条纹的间距d。若在面上放置一块予先涂上抗光蚀层的毛胚，则在蚀层获得干涉条纹的空间潜象，经显影后则在毛胚上获得干涉条纹的立体象(全息象)，这就是透射衍射光栅。镀反射膜后可成为反射式衍射光栅。光栅的质量与膜层厚度同光

光栅衍射实验实验报告

工物系核11 敏 2011011693 实验台号19 光栅衍射实验一、实验目的（1）进一步熟悉分光计的调整与使用；（2）学习利用衍射光栅测定光波波长及光栅常数的原理和方法；（3）加深理解光栅衍射公式及其成立条件；二、实验原理 2.1测定光栅常数和光波波长如右图所示，有一束平行光与光栅的法线成i 角，入射到光栅上产生衍射；出射光夹角为?。从B 点引两条垂线到入射光和出射光。如果在F 处产生了一个明条纹，其光程差AD CA +必等于波长λ的整数倍，即 ()sin sin d i m ?λ ±= （1） m 为衍射光谱的级次， 3,2,1,0±±±.由这个方程，知道了λ?,,,i d 中的三个量，可以推出另外一个。若光线为正入射，0=i ，则上式变为 λ ?m d m =sin （2）其中 m ?为第m 级谱线的衍射角。据此，可用分光计测出衍射角m ?，已知波长求光栅常数或已知光栅常数求波长。 2.2用最小偏向角法测定光波波长如右图。入射光线与m 级衍射光线位于光栅法线同侧，

（1）式中应取加号，即。以为偏向角，则由三角形公式得（3）易得，当时，?最小，记为，则(2.2.1)变为 ,3,2,1,0,2 sin 2±±±==m m d λδ （4）由此可见，如果已知光栅常数d ，只要测出最小偏向角，就可以根据（4）算出波长。三、实验仪器 3.1分光计在本实验中，分光计的调节应该满足：望远镜适合于观察平行光，平行光管发出平行光，并且二者的光轴都垂直于分光计主轴。 3.2光栅调节光栅时，调节小平台使光栅刻痕平行于分光计主轴。放置光栅时应该使光栅平面垂直于小平台的两个调水平螺钉的连线。 3.3水银灯 1.水银灯波长如下表颜色紫绿黄红波长/nm 404.7 491.6 577.0 607.3 407.8 546.1 579.1 612.3 410.8 623.4 433.9 690.7

全息光栅制作

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θ，光波波长为λ，且两束平行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： ( ) 012sin /2d f λθ== （1） 0f 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”，指一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： 01d f λθ =≈ （2） 1. 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，θ很小时，有()tan /2/2/D l θθ≈=，则012l d f D λ= ≈，实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空间频率。图2所示光路是马赫—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 /2/2/D f θθ≈=成

全息光栅的制作

全息光栅的制作光栅是一种光学元件，其上有规则地配置着线、缝、槽或光学性质周期性变化的物质。从广义角度讲，任何一种装置和结构，只要它能给入射光的振幅或相位，或者两者同时加上一个周期性的空间调制，都可以称之为光栅。换言之，任何一种具有周期性的空间结构或光学性能周期性变化（如透射率、折射率）的衍射屏统称为光栅。决定光栅性能的基本参数有三个：光栅的周期或空间频率（周期的倒数）；槽形（一个周期内的具体结构）；光栅的衍射效率。按照制造光栅的方法来分，光栅可分为刻划光栅、全息光栅。刻划光栅通常是用精密的刻线机在玻璃或镀有金属膜的玻璃上刻出，它不仅需要昂贵的设备（刻线机），对刻划条件要求很苛刻，而且很费时间，例如刻一块面积2 100100mm 、空间频率为600~1200/c mm的光栅需要昼夜不停地刻划一个星期。 1948年盖伯（Gabor）发现了全息光学原理，随着六十年代激光技术的发展，出现了用记录激光干涉条纹制作光栅的技术，发展了所谓的全息光栅。国际上，在1970年就有全息光栅出售（法国Jovin—Yvom公司）；西德在1969年制成了边长达1m的全息光栅，用于天文学方面。我国也有一些单位在研制全息光栅，并有出售。同刻划光栅比，全息光栅具有很多优点：不存在固有的周期误差，因而不存在罗兰鬼线；杂散光少；光栅的适用范围宽；分辨率高；有效孔径大；生产周期短。由于全息光栅的上述特点使得它在生产和技术中得到了广泛的应用，它不仅适合于高分辨的得发射、吸收和喇曼光谱分析，在光信息处理中得到广泛的应用，而且已用于激光器件中作为波长选择元件，在集成光学和光通信方面作为光耦合元件将有着极大的应用潜力。一、实验目的 1.验证双光束干涉的基本原理，进一步理解双光束干涉的基本理论； 2.学习马赫—泽德干涉仪的光路布置原则和调节方法； 3.掌握制作正弦型全息光栅的原理和方法；二、实验原理

1马赫--1曾德干涉仪及全息光栅的制作

马赫---曾德干涉仪及全息光栅的制作 [引言] 马赫---曾德干涉仪是在雅满干涉仪的基础上发展起来的。在雅满干涉仪中，两块玻璃板的前表面起到分光板的作用，而后表面则起到反射镜的作用，分光板和反射镜不能单独进行调节，而且两束光的间隔为玻璃板的厚度所限定。为克服这些局限性，马赫和曾德使用了四块玻璃板，于是马赫---曾德干涉仪诞生了。 [实验目的] 1．熟悉所用仪器及光路调整，观察两束平行光的干涉现象。 2．观察全息台的稳定性。 3．了解全息光栅的原理，学习制作全息光栅。 4．熟悉读数显微镜的操作过程。 [基本原理] 在下图的光路中，波长为λ的激光束经扩束准直后，通过两个反射镜和两个半反半透镜组成的马赫---曾德干涉仪可以得到两束光程和强度都接近而且夹角易于调节的平行光束。在光束的重叠区将产生干涉条纹。在干涉区将放置感光板经适当曝光、显影、定影，将得到一个正弦光栅。当两束光的夹角θ不是太大，在垂直于两束光夹角平分线的平面上干涉条纹的间距θλ≈ d ，从而光栅的空间频率为λθν==d 1。图二马赫---曾德干涉仪及全息光栅的制作原理图干涉面

1 如果在同一底板上相继进行两次曝光，使分别对应于两束光夹角略有差别的两个数值1θ和2θ，那么得到的将是叠加在一起的两个正弦光栅，他们的空间频率分别为1ν和2ν。这样的光栅称为复合光栅。复合光栅上呈现的明暗相间的粗条纹称为摩尔条纹，它是两个正弦光栅的差频形成的，摩尔条纹的空间频率1221νννν?=-=m 。当两束平行光束夹角不是太大时，利用焦距f 已知的凸透镜测量这两束平行光束在透镜后焦面汇聚的两个光点距离0x ，可近似求出它们的夹角f x 0=θ，从而在与这两束平行光束夹角平分线垂直的平面上制作的正弦光栅的空间频率为λνf x 0=。反之若要制作空间频率为ν的正弦光栅，可适当调节两束光的夹角，使0x 满足要求。 [仪器用具] 氦氖外腔激光器及电源，空间滤波器，傅里叶变换透镜，分光镜两块，加强铝反射镜两块，干板若干，读数显微镜，暗室设备。 [实验内容] 1．光路调节利用小孔光阑为参照物，通过调节激光器俯仰偏转，保证激光细束与光学平台台面平行。参照光路图，先将激光扩束准直，得到平行光束，利用平晶检查平行光束的质量。然后构建马赫---曾德干涉仪，为得到更大的有效通光孔径，可将马赫---曾德干涉仪双臂摆放成“平行四边形”。 2．调节马赫---曾德干涉仪，制作空间频率mm 70≈ν的正弦光栅。 3．利用读数显微镜测量所要制作光栅的空间频率。 4．自己设计不同空间频率的复合光栅，观察摩尔条纹。 [思考题] 1．如何调好光路？应注意些什么问题才能得到清晰的全息光栅？ 2．使用读数显微镜应注意哪些问题？

全息光栅_实验报告

物理电子学基础实验全息光栅实验报告姓名：学号：班级：无21 组号：

实验报告：全息光栅一、实验数据整理 (一)一维光栅的各级衍射角计算根据实验测得的数据，l=1000mm,x=71mm。我们可以根据这两个式子求出衍射角θ。由 θ=arcsin?(x 4f ) 这里的f就是l，变量替换后，可得 θ=1.0171° (二)二维光栅的衍射图样二维光栅的衍射图样如下图，呈阵列分布。二、实验结果分析一维光栅的各级衍射角计算：在制作光栅的过程中，我们制作的光栅衍射角是1°，实际测量数据和理论值误差为1.71%。在光学精密仪器实验中这个误差是正常的。二位光栅的衍射图样：我们观察到的衍射图样不是很明亮清晰，可能是干板上的水还没有完全干。

三、实验总结在搭建等高共轴光路时要灵活运用可调光孔，利用这个光学器件可以在凸透镜产生平行光后仍然可以将其转化为点光源，来确定光分束镜上的两列干涉光是否重合相干。在搭建光反射镜光分束镜光路时，要确保两路干涉光光程相等。这样在搭建的光路的过程中就要预先让光程粗略相等。在精调出实验要求的光路后，应该用米尺确定两路光光程是否一致，如果不一致应该调整反射镜使得光程一致后，再继续精调从而得到正确的光路。曝光的过程中有下面几点要注意：首先，要将全息干板胶面对着干涉激光源。其次，每次曝光前一定要将激光器设置到曝光准备状态再将干板放在干板架上，在制作二维光栅时尤其应注意这一点，第一次曝光完毕后要将全息干板取下，待激光器设置完毕后，再将干板放上。另外，每次洗相应严格遵守洗相时间，否则会导致制作出的全息干板不可用。全息光栅实验与光学实验密切相关，所以做好光路的调整非常重要。尤其在光程调节的操作中要非常细致，否则就会造成较大的误差乃至实验失败。我在实验中也在这上面犯了错误，好在经过老师的提醒及时改正，没有酿成大错。同时，通过实验也再次告诉我实验预习的重要性：一定要将指导书上的实验原理和实验步骤搞清楚，才能在实验中少走弯路，得到符合理论值的实验结果。