高分辨率平场全息凹面光栅的研制

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。

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

试验35光栅特性的研究

实验三十八光栅特性的研究实验内容 1．测出所给衍射光栅的四个主要特性参数；光栅常数ｄ、角色散率φ、分辨本领Ｒ和衍射效率η。 2．测量钠光灯的钠双线波长，或汞灯谱线的各个波长,或Ｈe-Ｎe 激光器的激光波长。教学要求 ?? 1.了解衍射光谱的结构、分类和特性。 ?? 2.学习如何选择实验方法测定光学元件的特性参数。实验器材 ?? 除给定不同光栅常数的全息光栅外，其余仪器设备请自行拟定后，向实验室申请使用。光栅通常用于研究复色光谱的组成，进行光谱分析，还可以通过光栅获得特定波长的单色光。所以，光栅是一种重要的分光元件。了解光栅的结构和工作特性，对使用和开发光学器件有着重要的意义。 ?? 光栅按其结构分类，可分为平面光栅，阶梯光栅和凹面光栅；按衍射条件分类，可分为透射光栅和反射光栅。操作步骤 ?? １.选择一定的方法和仪器，测出所给衍射光栅的四个主要特性参数：光栅常数ｄ、角色散率φ、分辨本领Ｒ和衍射效率η。 ?? ２.利用所给光栅测量钠光谱双线的波长，或汞光各条谱线的波长，或Ｈe-Ｎe 激光谱线的波长。要求测量结果的准确度 λE ≤0.1％。 ?? ３.从理论上算出在给定的光栅和光波长（汞灯）的条件下，能观察到的光栅的最高衍射级数Ｋ，并用实验加以验证。 ?? ４.观察分辨本领Ｒ与光栅狭缝数目Ｎ的关系。挡住光栅的一部分，减小狭缝数目Ｎ，观察钠光谱的双线的衍射谱随Ｎ的减小而发生的变化。实验提示 ? 根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，将发生衍射。衍射光谱中亮条纹的位置由衍射方程dsin φ=k λ （k=0,±1, ±2,……）决定。其中缝间距ｄ称为光栅常数，φ为衍射角，ｋ为衍射光谱线的级数，λ为入射单色光的波长。关于光栅的几个特性参数说明如下： ?? 1.光栅常数ｄ：d=a+b ，a 为光栅任一狭缝的宽度，b 为相邻狭缝间不透光部分的宽度。 ?? 2.角色散率φ：λ φ?d d =，定义为单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距。由dsin φ=k λ，可得k d k φ?cos =。 ?? ３.分辨本领Ｒ：λ λ?=R ，定义为两条刚可被分辨开的谱线的波长差除以它们的平

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

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,

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

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

反射式衍射光栅

分光计是用来把光源激发出来的复合光展开成光谱的一种仪器，这种仪器的主要作用使复合光色散。使之成为各种不同波长的光叫做光的色散或叫分光。有棱镜和光栅二种，以棱镜为色散元件做成的分光仪，有水晶、玻璃、萤石等多种分光仪。以光栅为色散元件的分光仪又有平面衍射光栅或凹面衍射光栅分光仪之分。由于光栅刻划技术和复制技术进一步的提高，光栅已广泛应用于光电直读光谱仪中。光栅与棱镜比较具有一系列优点。首先棱镜的工作光谱区受到材料透过率的限制；在小于120nm真空紫外区和大于50微米的远红外区是不能采用的，而光栅不受材料透过率的限制，它可以在整个光谱区中应用。光栅的角色率几乎与波长无关，光栅角色散在第一级光谱中比棱镜大，不过在紫外250nm 时石英角色散比光栅角色率大。光栅的分辨率比棱镜大；由于光栅具有上述优点将更进一步得到应用。衍射光栅的制造一般说来，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，结构如图。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。右图是一次复制法的工艺过程图， 1和2是母光栅的基板和铝膜，涂上一层薄的硅油d的清洁的母光栅水平地置于真空

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

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？

物理光学衍射光栅

衍射光栅按空间周期性规律，在一定范围内改变入射光波的振幅或位相的装置称为衍射光栅，简称为光栅。光栅的这种作用也称作对入射光波的“振幅调制”和“位相调制”。这样，在一个调制周期内出射的光波可以看成是一个“光束”，因此光栅按其调制周期把入射光波分割成多束相干光。通常，利用与观察夫琅和费衍射相同的方法，在透镜的后焦面上或远处的屏幕上观察这多束光的干涉图形：光栅干涉图。由于光栅在调制和分割波面时必然以某种方式限制了入射击光波的传播，所以总是伴随着衍射现象，光栅干涉图兼有衍射图形的特性。实际上，如果把光栅看作是一个限制光波传播的衍射光屏，那么光栅干涉图可以用夫琅和费衍射理论计算。换言之，光栅干涉图上的复振幅分布与刚通过光栅的光分布之间有傅里叶变换的关系(可能相差一个二次位相因子)。然而，在多数实际应用中，人们主要利用光栅干涉图的多光束干涉特点，因此我们称它为“干涉图”而不称为“衍射图”。一、衍射光栅的分类可以从各种不同的角度对光栅分类。 (一)、二维光栅和三维光栅根据对入射波的调制是在二维空间还是在三维空间中实现，可以分为“二维光栅”和“三维光栅”。二维光栅的工作表面可以是平面状的(平面光栅)，也可以是凹球面等曲面形状的(凹面光栅)。后者除了分割波面外，还有一定的聚集能力。大多数二维光栅调制波面的周期性规律只与一个直角坐标分量有关，与另一个坐标分量无关。换言之，它由一系列平行等距线条组成。这类光栅有时称作“一维光栅”。三维光栅又称“体(积)光栅”。晶体因其原子(或晶胞)在空间的规则排列，对X射线起到三维光栅的作用。经过适当曝光和处理的厚感光乳胶层，也构成对光学波段辐射的三维光栅。实际上，一切二维光栅的“工作表面”都有一个不为零的厚度，应该看作是三维光栅的一种特殊情形。在这种情形中，厚度的影响可以忽略不计。 (二)、振幅光栅和位相光栅根据光栅所调制的是入射波的振幅还是位相，可以分为“振幅光栅”和“位相光栅”。在透明基底上制作大量透光和不透光相间的平行线条，即得到“一维振幅光栅”，细而密的金属丝网格可以看成是“二维振幅光栅”。现有的位相光栅都通过对入射光波的不同地点引入不同附加光程的方式实现位相调制。它们在原理上属于三维光栅。在一定条件下，可以认为附加光程在一个“面”上产生，这时可近似当作二维光栅处理。三维光栅必然对入身光波作位相调制，因此它是一种位相光栅。严格地说，大多数实际光栅都同时调制入射波的振幅和位相，振幅光栅或位相光栅的区别只是强调哪一种调制起主要作用。

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。

全息光栅的制作方法

课程结业论文课程名称：普通物理实验院系专业：物理学系物理学学号：201211141928 姓名：马宏志

用全息照相法制作光栅及实验结果的分析作者：马宏志（201211141928）单位：北京师范大学物理系2012级师范班论文摘要光栅是具有周期性透光性质的光学分光元件，不透明屏上N 个等宽等间距的狭缝就形成了一个光栅。全息光栅的基本原理是全息照相技术。光全息技术，主要是利用光相干叠加原理，简单地将就是通过对复数项（时间项）的调整，使两束光波列的峰值叠加，峰谷叠加，达到相干场具有较高的对比度的技术。利用相干光叠加，在记录平面上形成亮暗相间的的干涉条纹，再经过显影，定影处理，就形成了呈平行排列的光栅，一般单位宽度上的光栅数密度很大，从几百条到几千条不等。制作好的光栅可以用来测定它的光栅常数，还可以用作分光器件使白光发生色散，利用光栅方程sin d k θλ=测出不同色光的波长。最后利用空间滤波原理对全息照相技术加以改进，消除不利条件的影响，提高照片质量。关键词：全息照相、光的干涉、空间滤波、光栅、光栅常数。引言光学是物理学的一个很重要的分支，光学中有很多奇特的光现象和许多精密的光学元件。这些光学元件的制作都要建立在严密的科学理论之上，同时也需要很高的实验操作技能。光栅作为一种精度很高且很重要的光学元件，在许多领域有着很广泛的作用。光栅的研究开始于18世纪中叶，主要代表人物有李敦豪斯、夫琅和费，伍德，迈克尔逊等人。最初的光栅种类少，精度

不高，每毫米的光栅条数只有几到几十条，主要是刻画光栅和复制光栅。随着科技的发展，光栅制作技术日渐成熟。伽伯发明的全息照相技术是光栅制作史上一次伟大的革命，通过使两束激光在胶片上叠加，形成亮暗相间的干涉条纹，再用化学试剂洗去亮条纹区域，由于光波很短，条纹间距很小，这就为制作高精度的光栅创造了有利的条件。光栅种类较多，常见的有反射光栅和透射光栅，用途也十分广泛，在很多领域起着极其重要的作用。光学是我们本学期的专业课，光栅这一节内容比较重要，在课堂上我学的也很认真，总体上比较深刻地理解了光栅的基本知识和制作原理。物理学是一门理论联系实践的科学，理论应当和实验探索有机地结合起来，才能有更多的突破，所以我认为用全息照相法制作光栅的实验能够进一步加深我对光栅知识的理解，同时能够提高动手能力，此外还能对当今比较前沿的科技也有一点基本了解，可以说是一举多得。本次实验我们用全息照相原理制作振幅型平面透射光栅。实验中用到的仪器有防震桌，激光器，光电计时器（快门），光电接收器，针孔低通滤波器，准直镜（凸透镜），分束镜两面，全反镜两面，全息干板，全息干片若干，架子，刻度尺，汞灯，白屏，线，显影液，定影液等。实验步骤一、首先调节各仪器等高共轴，调节等高共轴的方法是打开激光，粗条各仪器致等高共轴，然后把仪器放在不同远近的位置，通过比较光点的位置来调节激光器的俯仰角和左右偏向角，直至光点在近处和远处不发生变化，之后运用在反射光自准法，通过调节元件的俯仰角和左右偏向角让入射光和反射光重合。用同样的方法依次调节。

光栅工作原理

光栅工作原理 -标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

光栅分为3D立体光栅,光栅尺,安全光栅,复制光栅,全息光栅,反射光栅,透射(衍射)光栅.基本上都是由一系列等宽等间距的平行狭缝组成，在1毫米的长度上往往刻有N多条的刻痕。刻痕处不透光，未刻处透光，我们称之为透射光栅，另一种光栅是反射光栅,有些需要进行特殊的镀膜处理,根据这种阴阳效果演变出更多的图形镜,图案镜等,简单原理就像是手电筒对着手指投影到对面墙壁,看到的图形.只是一个是微光一个是宏光制做.犹如在发丝上雕刻,工艺的难易不同. 最早的光栅是1821年由德国科学家J.夫琅和费用细金属丝密排地绕在两平行细螺丝上制成的。因形如栅栏，故名为“光栅”。现代光栅是用精密的刻划机在玻璃或金属片上刻划而成的。光栅是光栅摄谱仪的核心组成部分，其种类很多。按所用光是透射还是反射分为透射光栅、反射光栅。反射光栅使用较为广泛;按其形状又分为平面光栅和凹面光栅。此外还有全息光栅、正交光栅、相光栅、炫耀光栅、阶梯光栅等。 (光栅尺)应用于: 数控加工中心，机床，磨床，铣床，自动卸货机，金属板压制和焊接机，机器人和自动化科技，生产过程测量机器，线性产品, 直线马达, 直线导轨定位。 (立体光栅)应用于:印刷,展示,立体相片,具有立体效果,通过角度或摆产生幻变,动画,缩放使图像列漂亮,已成为办公文具,家居装饰用户首选产品. (全息光栅)应用于:商标防伪,印刷,光学仪器,激光演示等. (反射光栅)应用于:大同小异,光学仪器等 (透射光栅)应用于:光学仪器,激光演示,激光玩具…等产品. 随着光栅刻划技术和复制技术进一步的提高，光栅已走出实验室,从工业到民用及玩具礼品都有光栅的影子,可能光栅进行控制电源开关,可以用光栅出来了的光点做防盗安全网(物体一碰到光线,马上报警),可以做十字架瞄准用,可以做水平线用,还可以做激光图形镜,要想做什么图形就做什么图形.单片使用,有双片自

全息光栅的设计与制作

全息光栅的设计与制作全息光学元件(HOE)是指采用全息方法(包括计算全息方法)制作，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折射规律，而是基于光的衍射和干涉，所以全息光学元件也称为衍射元件。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。在光信处理中，可作为滤波器用于图像相减、边缘增强等。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、掌握制作正弦型和矩形全息光栅的原理和方法 2、掌握制作复合型光栅的原理和方法，观察摩尔条纹 3、测试光栅常数二、主要仪器与设备 He-Ne激光器、分束镜、反射镜、透镜、全息干板、显影液、定影液、吹风机、干板夹、底座等三、实验原理全息光栅的制作原理：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)。 1、全息光栅的记录光路记录全息光栅的光路有多种，图1、图2及图3都可以用于产生相干平行，通过选择透镜的直径和摆放光束，图3两束平行光之间的夹角决定于ADB 位置来调节夹角。常采用图1光路，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

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)

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班级学号姓名

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sin d k θλ=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θ满足sin d k θλ=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i θ入射时，光栅方程写为 (sin sin )i d k θθλ+=。 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。图1 光通过光栅形成光谱图2 光栅光路