文档介绍：光栅的制作及其衍射特性的研究
实验原理

当两束相干的平面波以一定的角度相遇时,在他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而变化,即干图1 两束平行相遇所形成的干涉图形
涉图样的强度分布是
(1)
式中的、,、是两列平面波的振幅,、是对应的空间相位函数。当两束相干光的相位差为的整数倍时,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所示。若能用记录介质将此干涉图样记录下来并经过适当处理,则就获得了一块全息光栅。
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所示,波长为的Ⅰ、Ⅱ两束相干光与P平面法线的夹角分别为和, 它们之间的夹角为。这两束相干的平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)
当两束对称入射,即时
(3)
当很小时有
(4)
若所制光栅的空间频率较低时,两光束的之间的夹角不大,就可以根据(4)式估算光栅的空间频率。具体做办法是:把透镜放在Ⅰ、Ⅱ两光束的重合区,则两光束在透镜后焦面上会聚成两个亮点,若两个亮点之间的距离为,透镜的焦距为,则有
(5)
将(5)带入(4)式得到
(6)
即光栅的空间频率为
如图2所示,将白屏放在透镜的后焦面上,根据亮点的距离估算光栅的空间频率
图2 估测光栅空间频率的光路示意图
X0
P
(7)
(2) 全息光栅的槽形控制
由于全息光栅是通过记录相干光场的干涉图形而制成的,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;记录干涉图样的条件。干涉图形是余弦条纹,那么通过暴光所制得的光栅是否也具有余弦(正弦)型的周期结构呢?回答是不一定的,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。
图3 照像底片感光特性曲线
照相干板的感光特性,通常是用黑度与曝光量的对数关系曲线来描述的,即曲线,或称作[赫特(Hurter)德里菲尔德(Driffield)]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(曲线)来描述干板的感光特性更为方便,如图3(b)所示。振幅透过率是出射光与入射光复振幅之比,曝光量是光强度与曝光时间的乘积。
因为曲线只在中间一段近似为直线,所以有线性记录和非线性记录两种情况。记录时,调整两相干光的光强度比值在
的范围内变化,若将曝光量控制在曲线的直线范围内变化,这样纪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,称为线性记录。如果曝光量不在曲线的直线范围内变化,则复振幅的透射率与入射光强度的变化就不存在线性关系。因此,称为非线性纪录。
(3)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细光束中,在远处屏上将得到其衍射图样,如图4所示。由于光栅至屏的距离远大于光栅间距,此衍射图样为夫琅和费衍射图样,亦即其频谱。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型的。如果频谱中出现级亮点,则表明此光栅为非正弦型。根据光栅至屏的距离,以及频谱中级两