光栅的制作及衍射特性 (恢复)

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1、南昌大学物理实验报告姓名：张健学号：5502211042专业班级应物111班班级编号：S008实验时间：第15周星期一13:00座位号：16教师编号：T017成绩：光栅的制作及衍射特性一、实验目的1.掌握光栅制作的方法及原理；2.了解光栅衍射的特点。二、实验仪器全息台，He-Ne激光器，定时器，50％分束镜，平面镜，全息干板，像屏，底板夹，透镜，显定影用具。三、实验原理1.光的干涉原理当两束相干的平面波以一定的角度相遇时，在它们相遇的区域内便会产生干涉，其干涉图样在某一平面内是一系列平行等距的干涉条纹，其强度分布则是按余弦规律变化，即干涉图样的强度分布为…………………

2、…………………………（1）其中，，，是两列平面波的振幅，是对应空间相位函数。当两束相干光的相位差是波长的整数倍时，即，（1）式便描述了两束相干光干涉所形成的峰值强度面的轨迹，如图1.如能用记录介质将此干涉条纹记录下来并经过适当处理，则就获得了一块全息光栅。2.全息光栅基本参数的控制（1）全息光栅空间频率（周期）的控制如图2，波长为的Ⅰ、Ⅱ5南昌大学物理实验报告姓名：张健学号：5502211042专业班级应物111班班级编号：S008实验时间：第15周星期一13:00座位号：16教师编号：T017成绩：两束相干光与P平面法线的夹角分别为，它们之间的夹角为。这两束相干的平

3、行光相干叠加时所产生的干涉图样是平行等距的，明暗相间的直条纹，条纹的间距d可由下式决定：……………………………………（2）图2估测光栅空间频率的光路示意图X0P当两束光对称入射时，即，则………………………………………………………………（3）当很小时，上式可改为………………………………………（4）若所制光栅的空间频率较低，两束光之间的夹角不大，就可根据（4）式估算光栅的空间频率。具体的做法是：把透镜放在Ⅰ、Ⅱ两光束的重合区，则两光束在透镜的后焦面上会聚成两个亮点，若两个亮点的距离为,透镜的焦距为，则有：…………………………………………………………………（5）将（5）式代

4、入（4）式得：………………………………………………………………………（6）即光栅的空间频率为………………………………………（7）如图2，将白屏P放在透镜L的后焦面上，根据亮点的距离估算光栅的空间频率。…………………………………………………………………（8）（1）全息光栅的槽型控制5南昌大学物理实验报告姓名：张健学号：5502211042专业班级应物111班班级编号：S008实验时间：第15周星期一13:00座位号：16教师编号：T017成绩：由于全息光栅是通过记录相干光场的干涉图样而制成的。因此，其光栅的周期结构与两个因素有关：干涉图样的本身周期结构；记录干涉图样的条

5、件。干涉条纹是余弦条纹，那么，通过曝光所制的的光栅是否也具有余弦型的周期结构呢？不一定，只有当记录过程是线性记录时，即曝光底片变黑的程度与干涉图样的强度成正比时，所制得的全息光栅才具有与干涉场相似的周期结构。为了了解线性记录的含义，下面简单介绍一下全息干板的感光特性。照相干板的感光特性，通常是用黑度D与曝光量的对数关系曲线来描述的，图3照像底片感光特性曲线即曲线，或称作曲线，如图3（a）所示。但是在全息照相技术中，用干板的振幅透射率与曝光量的关系曲线（）来描述干板的感光特性更为方便，如图3（b）。振幅透射率是出射光与入射光透射率之比，曝光量是光强I与曝光时间t的乘积，

6、即.由于只在中间一段近似为直线，所以有线性记录与非线性记录两种。记录时调整两相干光的强度之比在的范围，若将曝光量控制在线的直线范围内变化，这样记录的复振幅透射率就与入射光的光强度变化有线性关系。因此，为线性记录；否则，为非线性记录。（1）检查光栅的正弦性及其空间频率几何光学方法：将制备的光栅直接置入激光的光束中，在远处屏上将得到其衍射图样，亦即为频谱。如果光栅的频谱只有0级和级三个亮点，则表明此光栅是正弦的。如果频谱出现更高级别的亮点，则表明是非正弦的。根据光栅G至屏P的距离，以及频谱中级两亮点之间的距离d，则可计算出光栅的实际空间频率。显然，。将测得的空间频率与要求

7、的空间频率相比较，并分析原因。一、实验内容制作=350c/mm的全息光栅及特性测量。l光路的布置：如图5安排光路。5南昌大学物理实验报告姓名：张健学号：5502211042专业班级应物111班班级编号：S008实验时间：第15周星期一13:00座位号：16教师编号：T017成绩：图5光栅制作光路像屏凸透镜2平面镜半透镜凸透镜1扩束镜氦氖激光器l的测量：测出像屏上两个亮点的距离，本实验要求。注意：在凸透镜2处，两光斑要重合。两亮点要在凸透镜2的焦点上。l曝光：关闭所有的灯，保持肃静。用手挡住激光发出来的光，装上干板，放开手，等八秒后，再次挡住光，取下干