全息平面光栅的制作及其参数测定.doc

全息平面光栅的制作及其参数测定 实验目的 本文档由【中文word文档库】提供，转载分发敬请保留本信息； 中文word文档库免费提供海量范文、教育、学习、政策、报告和经济类word文档。 掌握空间频率较低的全息平面光栅的制作方法。 2．学会在全息台上光学元件的共轴调节技术、扩束与准直的基本方法，熟练地获得和检验平行光。 用几何光学和物理光学方法测定全息光栅的光栅常数。 仪器及用具 光学平台（全息台），He---Ne激光器，定时器，快门，50%分束镜，平面镜，全息干板，像屏，底片夹，透镜，显定影用具，读数显微镜等。 实验原理 全息光栅是用全息照相的方法制作的一种分光元件。与用普通方法制作的刻划光栅和复制光栅相比，全息光栅没有周期性误差，杂散光少，分辨率和衍射效率高，制作的环境条件要求较低，因而其应用越来越广泛。 两列同频率的相干平面光波以一定夹角相交时，在两光束重叠区域将产生干涉现象。如图1（a）所示，在z=0的xy平面（该平面垂直于纸面）上将接收到一组平行于y轴的明暗相间的直条纹，其光强分布和条纹间距分别为 （1） （2） 式中：、分别为两束相干光与（x y）平面的法线夹角，为两束光的会聚角。当两束光对称入射即时，有 (a) (b) 图1 （3） 令为干涉条纹的空间频率，则 （4） 如果在处平行于平面放置一块全息干板（图1 b），则经曝光、显影、定影等处理后，即可获得一张全息光栅。当空间频率比较小时，称之为低频全息光栅。 四、 实验光路 本实验采用马赫—曾特尔干涉仪光路，如图2所示。它主要是有两块50%的分束器、和两块全反射镜、组成。四个反射面互相平行，中心 图2 光路构成一个平行四边形。扩束镜和准直透镜共焦以后产生平行光，平行光射到上分成两束，这两束光经、反射后在上相遇发生干涉，在后面的观察屏上可观察到干涉条纹。如果条纹太细可用读数显微镜来观察。 五、 光路调节 平行光的产生和检验 平行光由扩束镜和准直镜产生，、两者构成一个倒装望远镜，其作用一是扩束，二是压缩激光的发散角。 扩束镜的调节。让激光细束通过屏上小孔，屏后适当的位置上放置有十字刻度尺的白屏，调节白屏位置使激光束射到十字刻度的中心点上。扩束镜置于孔屏和白屏之间适当位置，调节扩束镜的各微调旋钮，使扩束镜反射回来的自准直像点刚好进入孔屏小孔，而扩束后的光斑成为一个以白屏中心点为中心的平滑高斯型光斑。 准直镜的调节。在调好的扩束镜后放入准直镜，准直镜距扩束镜的距离约为二者焦距之和。然后用平行平晶调整出射平行光到最佳状态。具体采用剪切法检查光束的不平行度（见附Ⅰ）。将被测光束倾斜投射到平晶上，观察平晶两表面反射光重合部分的干射条纹，沿光轴方向移动准直镜，使干涉条纹最宽或成均匀视场为止。此时从准直镜出射的光为平行光束。 两光束夹角大小的测定 由式（3）可看出，干涉条纹的间距是由两光束的会聚角决定的。改变会聚角便可获得不同光栅常数的光栅。当比较小时，，，因此，只要测出，便可估算光栅的空间频率。具体办法是将透镜放在两光束重叠区，则两光束在的后焦面上会聚成两个亮点，如图3所示。若两亮点间的距离为，透镜焦距为，则两光束的会聚角可表示为，光栅的空间频率为： （5） 图3 六、 实验内容 调节激光光束平行于工作台面，用自准直法调整各光学元件表面与激光束主 线垂直。 按图2光路依次加入光学元件，调整好马赫—曾特尔干涉仪光路，使两光束到达屏的光程相等。调和使两光束在屏处重合。 调扩束镜和准直透镜使之产生平行光。 实验要求制作和光栅各一块，按要求预先计算出两光 束在透镜的后焦面上形成的两亮点间的距离。 屏处放入透镜，使其与光束Ⅰ共轴。然后调整的方位，使两个亮点沿水平方向拉开到预定距离。可用钢尺或读数显微镜测量。 撤去透镜，关闭光开关，将全息干板置于屏处，稳定数十秒钟后进行曝光。经显影、定影、水洗干燥后得到全息光栅。 用几何光学和物理光学方法测出自制全息光栅的空间频率，并与设计值比较之。 附录Ⅰ 平板剪切法检查光束的不平行度 若