光信息专业基础实验2讲义(09级使用)_1

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1、光信息专业基础实验讲义09光信息科学与技术专业佛山科学技术学院光电信息与技术实验室编写35实验一全息光栅的制作全息光栅作为一种重要的分光元件,近年来在光全息、光通信、光互连、光交换、光计算等方面获得了广泛的应用。与刻划光栅相比，全息光栅具有没有鬼线、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、衍射效率高、成本低廉和易于制作等突出优点。另外,全息法制作光栅的特点主要体现在以下几点:1)光路的排布灵活,适合制作不同空间频率的光栅；2)光栅尺寸可做得很大；3)制作效率高；4)若制作正交正弦光栅，全息法则更显优越。正是因为这些优

2、点使全息光栅在光栅的研制中独领风骚[1]。光栅质量的好坏取决于栅条的平行性和等周期性。单色均匀平面波是制作全息光栅的理想用光[2]。全息光栅中使用较多的有黑白光栅和正弦光栅，亮度按矩形函数变化的光栅称为黑白光栅；亮度按正弦函数变化的周期图形叫做正弦光栅，见图2-1(a)和(b)。图2-1(a)黑白光栅　　　　(b)正弦光栅(a)　　　　(b)【实验目的】1.掌握空间频率较低的全息平面光栅的制作原理与方法；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；3.学会测定全息光栅的空间频率。【预备问题】1

3、．什么是光栅常数？什么是空间频率？２．什么是线性曝光？什么曝光情况下获得正弦光栅？什么情况下获得黑白光栅？了解正弦光栅和黑白光栅的衍射图样有何不同。【实验仪器】光学防震平台，He---Ne激光器，定时器，50%分束镜，平面镜，全息干板，像屏，底片夹，透镜，显影、定影用具，读数显微镜等。35【实验原理】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2-2(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　　　　　　　　　　　　　　　　

4、　　　　　　　　　　　　　　　　（2-1）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2-2）式中：q1、q2分别为两束相干光与（xy）平面的法线夹角，q1+q2=q为两束光的会聚角。当两束光对称入射即q1=q2=q/2时，有（2-3）令为干涉条纹的空间频率，则（2-4）如果在z=0处平行于（xy）平面放置一块全息干板Ｈ，如图2-2（b）所示，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n比较小时，称之为低频全息光栅。图2-2两束平行光干涉1.实验光路本实验采用马赫

5、—曾德尔干涉光路，如图2-3所示。它主要由两块50%的分束器BS1、BS2和两块全反射镜M1、M2组成。四个反射面互相平行，中心35光路构成一个平行四边形。扩束镜C和准直透镜L共焦后产生平行光（为了提高平行光的质量还可以在C和L的公共焦点处加上针孔滤波器E，在C和L间适当位置加入光阑D），平行光射到BS1上分成两束，这两束光经过M2、M3反射后在BS2上相遇发生干涉，在BS2后面的白屏（或毛玻璃屏）P上可观察到干涉条纹，如果条纹太细可用显微镜来观察，干涉条纹为等距直条纹。用记录介质放在干涉场中记录条纹，经曝光、显影、定影等处理后就得到低

6、频全息光栅。图2-3马赫—曾德尔干涉光路2.空间频率的估算由式（2-3）可以看出，干涉条纹的间距d是由两光束的会聚角q决定的。改变q角便可获得不同光栅常数的光栅。当q比较小时，d≈l/q，n≈q/l，因此，只要测出q，便可估算光栅的空间频率。具体办法是将透镜L0放在两光束重叠区，则两光束在L0的后焦面上会聚成两个亮点，如图2-4所示。若两亮点间的距离为x0，透镜焦距为f，则两光束的会聚角q可表示为q=x0/f，光栅的空间频率为：（2-5）图2-4估算光栅空间频率的光路35【实验内容及步骤】1.调节激光光束平行于工作台面，用自准直法调整各

7、光学元件表面与激光束主线垂直。2.按图2-3光路依次加入光学元件，调整好马赫—曾德尔干涉光路，使两光束到达P屏的光程相等。调节M1和BS2使两光束在P屏处重合。3.调节扩束镜C和准直透镜L使之产生平行光。4.实验要求制作n=100/mm和n=20/mm光栅各一块，按要求预先计算出两光束在透镜L0的后焦面上形成的两亮点间的距离x0。5.屏P处放入透镜L0，使其与光束Ⅰ共轴。然后调整BS2的方位，使两个亮点沿水平方向拉开到预定距离x0。x0值可用钢尺或读数显微镜测量。6.撤去透镜L0，关闭光开关，将全息干板置于P屏处，稳定数十秒钟后进行曝光

8、。注意控制曝光时间，当经显影、定影、水洗干燥后得到全息光栅。曝光处于全息干版的线性感光区内，得到的是正弦型全息光栅。7.用激光束垂直照射全息光栅，用一白纸在光栅后方空间观察衍射图样。8.测出自制全息光栅的空