北京交通大学全息光栅

《北京交通大学全息光栅》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、全息实验专题全息术（holography）是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的技术，是当代引人瞩目的新技术，它已经成为了近代光学量余力的一个重要分支。其在全息干涉量度术、全息光学元件和全息信息存储、全息立体显示、全息变换、特征识别等方面有着广泛的应用前景。目前全息术在科技、文化、工业、农业、医药、艺术、商业等领域都获得了一定程度的应用。本专题主要介绍了关于全息术应用的两个方面：全息光栅的制作和全息照相。包括了三个实验：1.一般分振幅法制作全息光栅；2.马赫-曾德干涉法制作全息光栅；3.全息照相。实验1一般分振幅法制

2、作全息光栅全息光栅是利用全息照相技术制作的光栅。利用光的相干叠加原理使两束光在记录材料（全息干板）上发生干涉，将记录下来的干涉条纹进行显影、定影就能得到全息光栅。全息光栅在光谱研究、光学精密测量和光波调制等方面都有重要的应用。目前，用于工业自动化数控技术的光栅除了采用复制光栅以外，大都采用全息法制作光栅，全息法制作光栅的特点主要体现在以下几点：1)光路排布灵活，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【1】显优越。有多种方法可以制作全息光栅，而用光波相干叠加的方法制

3、作全息光栅的光路有两类，一类称为“分振幅法”，即利用分光镜，使同一光波一分为二，一部分透射，另一部分反射，然后使两束光相遇发生干涉，干涉条纹即为光栅；另一类称为“分波面法”，它将同一光波的波面一分为二，然后使两束光相遇发生干涉。本专题采用的两种方法都为分振幅法，但光路略有不同。实验目的（1）熟悉光路的安排及调节，熟悉暗室技术。（2）按照一般分振幅法制作一维全息光栅，观察光栅光谱，并测量光栅有关特性。实验器材全息平台，光学元件架六个，分束镜，扩束镜，平面反射镜两个，激光器，准直透镜，平晶，全息干板，带小孔的白屏，洗相设备。实验原

4、理【2】1.全息法制作正弦光栅的原理xU2θU1图1实验原理图有两束平面波，其复振幅分布分别为ikxsinUA;UBe，它们12传播方向的夹角为，如图1所示，在空间屏幕上的光强分布为22ikxsinIUUABe12（1）22ikxsinikxsin22ABABeABeAB2ABcos(kxsin)屏幕上将得到一组垂直于x方向的直条纹。若将屏幕换成感光底片，控制曝光量在适当的范围内，底片经曝光处理后，振幅透射率将与曝光光强成正比，设K为一常数，即22ikxsinikxsintK

5、ABABeABe（2）这就是一个正弦型光栅，光栅常数为d。用复振幅UA的平面1sin波按原方向照射底片，则底片透射光为222ikxsin2ikxsin（3）UtAKA(AB)KABeKABe可见正弦光栅的衍射仅出现0级，1级，其角位置分别为0，。如果曝光量超过一定范围时，底片透射率与光强不成正比，这样制成的光栅将接近于矩形光栅，其衍射条纹会出现高次项。【1】2.光栅的空间频率与光栅常数设两束相干平面波的夹角为θ，全息干板的法线为夹角的角平分线，如图2所示。这时制得的全息光栅的条纹间距(光栅常

6、数)d为：（4）图2相干平面波其中，ζ0为光栅的空间频率，λ为相干平面光波的波长。但测量角度毕竟是一件不方便的事情，用大家熟悉的光路参数来表示，如图3所示。在两相干平面光波叠加处插入一焦距为f的透镜，在透镜后焦平面上将得到两光点，设两光点中心距为x0，则（5）将(5)式代人(4)式，则光栅常数用光路参数表示为(6)当θ角很小时，有,则光栅的空间频率为(7)其中x0和f的测量都极为方便。图3光路参数示意图3.实验光路图4一般分振幅法制作全息光栅的光路图其中L1:扩束镜，L2:准直透镜，BS:分束镜，M1，M2：全反镜，H：全息干

7、板【2】4.扩束准直系统的调节和使用激光束的面积很小，一般都需经过扩束及准直，必要时还需加上针孔滤波器，使其成为面积较大的均匀光斑。激光扩束镜通常使用半球形扩束镜或显微镜物镜。在扩束镜的焦点上放置针孔滤波器，在针孔滤波器后面放置准直镜。准直镜与扩束镜构成倒装的伽利略望远镜系统，如图5。21431激光器2扩束镜3针孔4准直镜图5伽利略望远镜系统为了获得均匀的平行光，必须使光学元件的方位符合尽量减少象差的条件。首先应使激光束与全息台面平行，其他光学元件必须共轴。而且，要求发散或会聚的光束应朝向扩束镜及准直镜的曲率半径R大的表面或平

8、面，平行光应朝向R小的表面。通常可用灯丝的反射光来判断R的大小。扩束镜的调整方法如下：(1)准备工作：先把激光束调到合适的高度，并使光束与工作台面平行，然后放上扩束镜。(a)激光束与扩束镜光轴重合(b)激光束与扩束镜不同心(c)激光束与扩束镜方向不同图6扩束镜的光轴与激光束的