文档介绍：全息光栅的制作
全息光学元件是指采用全息方法(包括计算全息方法)制作的,可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转光束扫描等功能的元件。在完成上述功能时,它不是基于光的反射和规律折射,而是基于光的衍射和干涉原理。所以全息光学元件又称为衍射元件。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。
全息光栅是一种重要的分光元件。作为光谱分光元件,与传统的刻划光栅相比,具有以下优点:光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等,已广泛应用于各种光栅光谱仪中,供科研、教学、产品开发之用。作为光束分束器件,在集成光学和光通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等。在光信息处理中,可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。本实验主要进行平面全息光栅的设计和制作实验。
:
。
,观察其莫尔条纹。
,并观察和分析实验结果。
:
1. 光学防震平台一个,支架、支杆及底座若干,旋转平台一个,带三维调节架及φ15 ~25μm针孔的针孔滤波器组合两套。
2. 扩束透镜(20~40 倍显微物镜)两个,已知焦距的透镜一个,反射镜若干,分束器一个,光束衰减器两套。
3. 20mW He-Ne 激光器一台。
4. 天津 I 型全息干板,显影、定影设备和材料。
5. 电子快门和曝光定时器一套。
:
全息光栅的制作原理是:两束具有特定波面形状的光束干涉,在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹,用全息记录介质记录干涉条纹,经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅,采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅(如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅)。下面介绍制作平面全息光栅路布置、设计制作原理。
全息光栅的记录光路。
记录全息光栅的光路有多种,图 1 和图 2 是其中常见的两种光路。在图 1 所示光路中,由激光器发出的激光经分束镜 BS 后被分为两束,一束经反射镜 M1反射、透镜 L1和 L2扩束准直后,直接射向全息干板 H;另一束经反射镜 M2反射、透镜 L3和 L4扩束准直后,也射向全息干板 H。图中,S 和 A 分别为电子快门和光强衰减器,电子快门与曝光定时器相连,用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉,。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后,就得到一个全息光栅。
在对称光路布置下,光栅周期 d 或空间频率 f0由下式确定:
(1)
式中, 是两束平行光之间的夹角, λ是激光波长。由(1)式可以看出,通过改变两束光之间的夹角可以得到不同空间周期或频率的全息光栅,当θ减小时,周期 d 增大、频率f0减小;对于低频光栅,θ很小,利用小角度近似,可以用下式来计算光栅的周期和频率:
(2)
从图 1 可知,在θ值较小时,有 tan(θ/ 2) ≈θ/ 2 = D / l ,将之代入(2)式可得:
(3)
实验中可用此式来估算低频光栅的空间周期和空间频率。
图 2 所示光路是马赫—曾德干涉仪光路。由激光器发出的激光经 M1反射、透镜 L1和 L2扩束准直后,变成