全息光栅的制作-交大物理实验

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1、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首次实验时间年月日指导教师签字仓息兔姍的制作实验任务：1.了解全息光栅的摄制原理，2.设计并制作全息光栅，并测出其光栅常数3.学习对全息光栅的后处理。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©。误差分析并作实验小结。实验原理：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

2、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。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）的平而玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米儿十至jL千条。羊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12、测呈

3、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來测量；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Ax及屏到光栅的距离L,则光栅常数d=L/Axo实验方案：1、杨氏双缝干涉法：又L=〜cd，其中：A为波长，L为双缝到屏（全息干版）的距离，Ar为双缝间距，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。2、马赫一曾德干涉仪法：基木物理原理:只要调节光路屮的一而分光镜的方位角，就可以改变透射光和反射光的夹角，从而改变干涉条纹的间距。优点：这种方法

4、对光路的精确度要求不高，实验效果不错，易于学生操作。缺点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验可能不够精确。实验原理图：3、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而镜。全反镜入射平行光全反镜全息干板五、仪器的选择与配套综合考虑各方面条件，本次试验采用马赫一矜德干涉仪法，所耑的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散

5、镜1面、凸透镜1面、半反半透镜2面、全反镜2面和白屏、光阑各一、拍摄光栅用的干片若干、架子。六、实验步骤（一）制作全息光栅1.打开He-Ne激光发射器，利用白屏使激光束平行于水平面。按上图调整好实验装置。2.调节发散镜和激光发射器的距离使激光发散。3.调节凸透镜和发散镜的距离使之等于凸透镜的焦距，得到平行光。4.调节2而半反半透镜和2而全反镜的位置和髙度，使它们摆成一个平行四边形（如阁上）。5.调节半反半透镜和全反镜上的微调旋钮，使得到的2个光斑等高，且间距为4-6cm。6.测出实验中光路的光程差A1。（在实验中我们测得的光路的光程差A

6、1=O.6cm）（二）拍摄全息光栅1.挡住激光束，把干片放在架子上，让激光束照射在干片上1-2秒，挡住激光束，把干片取下带到暗房中。1.把千片泡在显影液屮大约10秒钟，収出，用清水冲洗，在泡在定影液屮约5分钟。取出，冲洗后晾干。1.用激光束检验冲洗好的干片，若能看见零级、一级的光斑，说明此干片可以用于测定光栅常数。（三）测定所制光栅的光栅常数七、实验注意事项1、不要正对着激光束观察，以免损坏眼暗。2、曝光时间要掌握好，曝光面切勿放反了。3、半导体激光器工作电压为直流电压3V,应用专用220V/3V直流电源工作（该电源可避免接通电源瞬间电

7、感效应产生高电压的功能），以延长半导体激光器的工作寿命。4、由于有多组同学一起实验，处理干片的吋候切勿将干片混淆。九、参考文献1、詹卫申、丁建华2、章昌奕、马宁生3、杨伟斌、滕坚5、在处理干片时注意避免光源（手机等）。物理实验教程全息光栅的制作.实验室全息光栅的制作及质量评定[J].物理与工程十、数据处理我们测得的数据是:0级到1级之间距离为14.80cm从激光光源到屏的距离为141.2cm波长为632.8nm全息光栅的制作报告提示实验完成后的完整报告一、实翰任务二、实艙要求三、实轮的基本物理原理对本实验.jfi点应为光栅产生的原耍冇原

8、押阁.仃关公式，文字说明等•本实验不同r••全息照相"实验•也应ft光橱常数测V的S公式.文字说明.四、实酸的只体方案要从物理原理出发，明碥光路没计的原则，没计、寻找儿种光路（实辁万案:ft原理W.此方案的