实验5全息光栅的设计与制作.PDF

现代光学实验讲义 实验5 全息光栅的设计与制作 全息光栅是一种重要的分光元件。它与传统的刻痕光栅比较，具有下列优点：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。全息光栅的制作和应 用已有30 余年历史。早在1969 年，德国就制成了边长达1m 的全息光栅，用于天文学领域； 法国Jobin-Yvon 公司在1970 年就大量制出各种平面、 面全息光栅作为商品出售。我国在 20 世纪80 年代也制成多种商品全息光栅，供科研、教学、产品开发之用。 在，全息光栅 已广泛用于光谱仪器作分光元件；用于q调制技术中作舞台装饰；用于集成光学中作光束分 束器、耦合器和偏转器等元件。在光信息处理中，它既可作为调制器用于图像相减、边缘增 强、消模糊处理等，又可作为编码器，对黑白图片实 假彩色编码。此外，还可通过记录复 合多重光栅，制成彩虹滤色镜，用以装饰灯具或置于照相机镜头前，增加色彩效果。 本实验着重介绍低频全息光栅和复合光栅的制作，为后面的光学信息处理实验提供准备 条件。 【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. 掌握制作复合光栅的原理和方法，观察莫尔条纹。 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。 【实验原理】 1. 全息光栅的记录光路 图1 表示记录全息光栅的一种光路。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M 反射、透镜L 和L 扩束准直后，直接射向全息干板H ；另一束经反射镜 1 1 2 M1 L 1 L2 B.S 电子 q 2D 快门 l He-Ne H 激光器 L3 L4 M2 图1 全息光栅记录光路 M2 反射、透镜 L3 和 L4 扩束准直后，也射向全息干板 H 。在对称光路布置下，两束准直光 在干板上相干叠加，形成等距直线干涉条纹。干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就 [1] 得到一个全息光栅。光栅常数或空间频率由下式决定 ： q 2d sin l ( 1) 2 式中d 称为光栅常数，其倒数即为光栅的空间频率f 0=1/d 。q是两束准直光之间的夹角，l为 第 16 页 现代光学实验讲义 激光波长。上式称为光栅方程。 由图1 可以看出，改变两束光之间夹角q的值便可控制光栅条纹密度 （即d 的大小）。事 实上，根据光栅方程( 1)，当q值减小时，d 值将增大，从而f 0 将减小。可以估算出，在低频 光栅的情况下，q值是很小的，这时式( 1)可简化成： d l /