实验1 全息光栅的设计、制备和性能测试.docVIP

实验报告 课程名称： 2012-2013光信息综合实验 指导老师： 林远芳 成绩：____ 实验名称： 全息光栅的设计、制备和性能测试 实验类型： 综合型 同组学生姓名： 一、实验目的和要求 二、实验内容和原理 三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤 四、实验结果记录、数据处理分析 五、思考题 六、实验中遇到的问题，心得体会，意见和建议 一、实验目的和要求 (1) 了解全息照相的记录和重现原理，掌握光信息记录的一般原理。学习全息光栅的设计、光路调整、制备和性能测试方法。学会本实验中的基本实验技术，为进一步的实验研究打下基础。全息照相原理全息照相是利用光波前的干涉记录和衍射重现，使物光波的全部信息被记录和重现。由于记录物光波振幅和相位信息的感光材料只对光的强度具有感光度，为此采用相干光，把具有振幅和相位信息的物光波和未受物体调制的光（称为参考光）相干涉的干涉条纹以强度分布形式记录成全息图，所以全息图实际是一张干涉图。平面，且分别与轴成角，则两光波在照相干板平面（平面）上的复振幅分布分别为 则两光波的干涉光强为 干板经曝光、冲洗后的复振幅透射系数正比于干涉光强，故全息图实际上是一块余弦光栅。 在两相干光束夹角不大的情况下，可根据下述近似公式来估算光栅的间距和空间频率，即 为了测出光束的夹角，可在两束光的重合区域内放置透镜L，此时在L的焦面上两束光会聚成两个亮点。设两个亮点之间的距离为，透镜L的焦距为，显然有。余弦型光栅衍射后只有0，±1级衍射光。设入射光强度为，1级衍射光强为，则光栅的衍射效率为。一般振幅型光栅的衍射效率很低，只有6%左右。故通常将振幅型全息光栅在漂白液中作漂白处理，做成相位型光栅，其衍射效率可达20%~30%左右。 三、主要仪器设备、操作方法和实验步骤 制作全息光栅的光路有多种，实验中采用的是先分束、后扩束的形式（如图1所示），此种情况用于要求较大的情况，相应的光栅空间频率较高，并且所需反射镜的尺寸可小，但需要有两个小孔滤波装置。 图1 先分束、后扩束的全息光栅制备光路 1、光路布置和调整 （1）选择图1所示的光路，熟悉各元器件及光路的调试技术，调整光路，使从可调分束器出射的两支相干光束光程相接近。两光束按光束等高同轴要求调整各光学元件中心及底片面处光屏小孔与激光束等高，并使激光束与各光学元件表面垂直。调节可调分束器使相干的两光束在光屏上的光强比为1：1 （3）放入扩束、小孔滤波装置，调整小孔滤波装置，使出射光为零级衍射光，然后经准直透镜准直，得到相干的两平面波（高精度准直光如何调得？），并使两光斑在底片面上完全重合。 2、全息光栅的拍摄 （1）曝光。 再次检查两光束的光强比及两光斑在底片面光屏上重合情况及两光波相对于底片面对称情况。关闭快门，取下屏P1，装上全息干板（注意乳胶面向来光方向），待稳定30s后，开启快门。最佳曝光时间与激光器的即时功率、干板的感光灵敏度等有关，一般通过试拍确定。 (2)暗房处理。 ①显影、定影。取下干板，用D19显影液和F5定影液处理。 常规显影为D19，1.5min（时间受多种因素影响，一般按经验值），20±1℃，水洗30s/ 常规定影处理为F5，5min，16~20℃，流水洗5~10min ②漂白处理。漂白是把振幅型全息图转变成相位型全息图，使衍射效率提高。可采用铁氰化钾漂白剂：用未稀释溶液，漂白时间5min左右，变透明后即可取出，在流水中冲洗5min，水洗后的全息底片采用自然法晾干，最好浸入50%异丙醇溶液中1.5min，然后取出晾干。 (3)全息光栅性能测试 光栅常数测量。应用光栅光谱仪或分光仪进行测定，与测量两光路夹角在求出光栅常数的方法相比较。 四、实验结果记录、数据处理分析 求角时我们利用透镜对两光斑进行聚焦，焦点距离d=4.5cm θ=2arctan（d/2f） 计算得θ=12.838° 推出理论光栅常数：=354mm-1 由于此实验最后做，后续实验未能对自制光栅进行测量。 五、思考题 全息光栅与刻画光栅有什么不同？试分析影响全息光栅质量的因素？为什么系统调整时，要使两相干光尽量相近以及光束比接近？如何实现两平面与干板平面呈对称分布？ 3 专业： 信息工程（光电） 姓名： 张鹤群 学号： 3090101441 日期： 2012年12月27日 地点： 玉泉教三213