文档介绍：全息光栅的制作
一、实验任务:
设计并制作全息光栅,并测出其光栅常数,要求所制作的光栅不少于每毫米100条。
二、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。(其中必须包括马赫-曾德干涉法);
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,进行不确定度计算。误差分析并作实验小结。
三、实验的基本物理原理:
1、光栅产生的原理:
光栅也称衍射光栅,是由大量等宽、等间距的平行狭缝(或反射面)构成的光学元件,通常是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。借助光栅利用多缝衍射原理可以使光发生色散(分解为光谱)。单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。
根据制作方法可分为:机制光栅和全息光栅(图1所示)。机制光栅:在玻璃片上刻划出一系列平行等距的划痕,刻过的地方不透光,未刻的地方透光;全息光栅:通过全息照相,将激光产生的干涉条纹在干板上曝光,经显影定影制成全息光栅。通常在 1 cm 内刻有成千上万条透光狭缝,相当于多光束干涉,光栅形成的光谱线尖锐、明亮。
图1
2、测量光栅常数的方法:
若参考光和物光间的夹角为,且两束光对称的入射到全息干板上时,光栅常数 ,它反映光栅在空间上的周期性结构。其倒数为该光栅的空间频率,其单位一般为“线/毫米”或“线对/毫米”。
图2
1)用测量显微镜测量;
2)用分光计,根据光栅方程d·sin =k 来测量;
3)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△x及屏到光栅的距离L,则光栅常数d= L/△x。
四、实验的具体方案及比较
1、马赫—曾德干涉仪法:
基本物理原理:只要调节光路中的一面分光镜的方位角,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:
图3
2、杨氏双缝干涉法:
,其中:为波长,为双缝到屏(全息干版)的距离,为双缝间距,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。
实验原理图:
图4
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5)。
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***面镜。
实验原理图:
图5
五、仪器的选择与配套
本次试验采用马赫—曾德干涉仪法,所需的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散镜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,得到一条平行光线。
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,得到平行光束。
4. 调节2面半反半透镜和2面全反镜的位置和高度,使