文档介绍：实验四全息光栅的拍摄
光栅按其结构分类,可分为平面光栅、阶梯光栅和凹凸光栅;按衍射条件分类,可分为透射光栅和反射光栅。光栅的刻制方法有两种:机刻光栅和全息光栅。机刻光栅是用金刚刀挤压镀于硬质玻璃上的铝反射层而得。刻制工作量极大,刻制速度极慢,最多能刻到3600线/mm。由于其制造周期长,成本高,一般只能制得少量的母光栅,而实际应用的多是复制光栅,机刻光栅的缺点是线槽稍有缺陷时就会出现“鬼线”,即位于光谱线两侧的模糊不清的假线。全息光栅是用全息照相法刻制的高精度光栅。即用高光强的相干性极好的单色光,如激光,用高分辨的感光材料。记录干涉条纹,经曝光、化学处理、和真空镀膜可以得到全息反射光栅。这种光栅几乎没有线槽间的周期误差,几乎没有“鬼线”,杂散光很少。最大线槽密度可达6500线/mm,最常用的是1200—1500线/mm的全息光栅。透射全息光栅制作较为简单。最简单的全息图是用两个平面光波相干叠加而得到的全息图,这种全息图是一组平行等距的直条纹,它可与机刻光栅起到相同的作用,故称为全息光栅。全息光栅与机刻光栅和复制光机相比,它的制作方法简单、成本低;而且没有周期性误差,杂散光少,对环境条件(如振动、温度、湿度等)要求低。
一、实验目的
(1)了解全息光栅的原理和用途。
(2)知道全息图对记录材料分辨率的要求。
(3)掌握全息拍摄的光路构建。
(4)掌握全息干板的化学处理过程。
(5)测量全息光栅的空间频率、衍射效率。
二,实验原理概述
图4-1 全息光栅拍摄光路
La:氦氖激光器
Gt:光束提升器(或全反镜)
K:光闸
Lk:扩束镜
L:准直透镜
S:分束镜调节器
M1 M2:反射镜
H:干版架
透射全息光栅:全息光栅是指有大量平行、等宽和等距的多狭缝的光学元件。记录全息光栅的光路图如图(4-1)所示,也可用图4-2,图4-3
图4-2 全息光栅拍摄光路
La:氦氖激光器
Gt:光束提升器(或全反镜)
K:光闸
S:分束镜调节器
La1 La2:扩束镜
L1 L2:准直透镜
M1 M2:反射镜
H:干版架
图4-3 全息光栅拍摄光路
La:氦氖激光器
K:光闸
C:扩束镜
L:准直透镜
BS1 BS2:分束镜
M1 M2 M:全反射镜
P为毛玻璃观察屏,拍摄时改为干板
图4-4 物光,参考光和干涉条纹
如图可见,干板上记录的是两束平行光(物光和参考光)的干涉条纹。设当物光和参考光分别为;
(4-1)
(4-2)
式中和分别为它们的相位,和分别为振幅。两光束干涉后的光强
(4-3)
式中M称为干涉条纹对比度(反衬度),
=, , ,= (4-4)
式中即两光波相位差,若干涉条纹可看成是一个驻波,则其波矢量就是±.若两光波的波长相同,则,由此不难证明
(4-5)
式中是和之间的夹角,如(图4-4)所示。
利用得到
(4-6)
式中就是干涉条纹的空间周期,即条纹间距(光栅空间周期或光栅常数)。
图4-5 干涉条纹在x方向
的空间频率
用干板记录干涉条纹:设干板的放置方向与相同(图4-4所示),则干板上记录的干涉条纹的空间周期,就是,这时干板记录的干涉条纹的密度(单位长度内的条纹数,即光栅的空间密度)为
(4-7)
当干板的放置方向与的方向成