菲涅爾雙面鏡干涉法

全息光柵制作方法的設(shè)計(jì)和研究全息光學(xué)元件（HOE）是指采用全息方法（包括計(jì)算全息方法）制作的，可以完成準(zhǔn)直、聚焦、分束、成像、光束偏轉(zhuǎn)光束掃描等功能的元件。在完成上述功能時(shí)，它不是基于光的反射和規(guī)律折射，而是基于光的衍射和干涉原理。所以全息光學(xué)元件又稱為衍射元件。常用的全息光學(xué)元件包括全息透鏡、全息光柵和全息空間濾波器等。全息光柵是一種重要的分光元件。作為光譜分光元件，與傳統(tǒng)的刻劃光柵相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：光譜中無(wú)鬼線、雜散光少、分辨率高、有效孔徑大、生產(chǎn)效率高、價(jià)格便宜等，已廣泛應(yīng)用于各種光柵光譜儀中，供科研、教學(xué)、產(chǎn)品開發(fā)之用。作為光束分束器件，在集成光學(xué)和光通信中用作光束分束器、光互連器、耦合器和偏轉(zhuǎn)器等。在光信息處理中，可作為濾波器用于圖像相減、邊沿增強(qiáng)等。本實(shí)驗(yàn)主要進(jìn)行平面全息光柵的設(shè)計(jì)和制作實(shí)驗(yàn)。一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)掌握制作全息光柵的原理和方法。2.學(xué)習(xí)掌握制作全息復(fù)合光柵的原理和方法，觀察其莫爾條紋。3.設(shè)計(jì)制作全息光柵并測(cè)出其光柵常數(shù)（要求所制作的光柵不少于100條/毫米）二、實(shí)驗(yàn)原理1．全息光柵全息光學(xué)元件是指基于光的衍射和干涉原理，采用全息方法制作的，可以完成準(zhǔn)直、聚焦、分束、成像、光束偏轉(zhuǎn)、光束掃描等功能的元件。光全息技術(shù)主要利用光相干迭加原理，簡(jiǎn)單講就是通過對(duì)復(fù)數(shù)項(xiàng)（時(shí)間項(xiàng)）的調(diào)整，使兩束光波列的峰值迭加，峰谷迭加，達(dá)到相干場(chǎng)具有較高的對(duì)比度的技術(shù)。常用的全息光學(xué)元件包括全息透鏡、全息光柵和全息空間濾波器等。其中全息光柵就是利用全息照相技術(shù)制作的光柵，在科研、教學(xué)以及產(chǎn)品開發(fā)等領(lǐng)域有著十分廣泛用途。一般在光學(xué)穩(wěn)定的平玻璃坯件上涂上一層給定型厚度的光致抗蝕劑或其他光敏材料的涂層，由激光器發(fā)生兩束相干光束，使其在涂層上產(chǎn)生一系列均勻的干涉條紋，光敏物質(zhì)被感光，然后用特種溶劑溶蝕掉被感光部分，即在蝕層上獲得干涉條紋的全息像，所制得為透射式衍射光柵。如在玻璃坯背面鍍一層鋁反射膜，可制成反射式衍射光柵。圖1光通過光柵形成光譜作為光譜分光元件，全息光柵與傳統(tǒng)的刻劃光柵相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：光譜中無(wú)鬼線、雜散光少、分辨率高、有效孔徑大、價(jià)格便宜等；全息光柵已廣泛應(yīng)用于各種光柵光譜儀中。作為光束分束器件，全息光柵在集成光學(xué)和光學(xué)通信中用作光束分束器、光互連器、耦合器和偏轉(zhuǎn)器等；在光信息處理中，可作為濾波器用于圖像相減、邊沿增強(qiáng)等。圖1光通過光柵形成光譜2.光柵條紋光柵，也稱衍射光柵，是基于多縫衍射原理的重要光學(xué)元件。光柵是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫（刻線）的平面玻璃或金屬片，其狹縫數(shù)量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過光柵會(huì)形成暗條紋很寬、明條紋很細(xì)的圖樣，而這些銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長(zhǎng)而異，因此當(dāng)復(fù)色光通過光柵時(shí)，不同波長(zhǎng)光所產(chǎn)生的譜線在不同位置出現(xiàn)而形成光譜。也就是說(shuō)，光通過光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果（如圖1）。3.光柵方程光柵方程描述了光柵結(jié)構(gòu)與光的入射角和衍射角之間的關(guān)系，它表示當(dāng)衍射角滿足的時(shí)候發(fā)生干涉加強(qiáng)現(xiàn)象，其中d即為光柵常數(shù)。而當(dāng)光以入射角入射時(shí)，光柵方程寫為。4.光柵常數(shù)圖2光柵光路光柵常數(shù)是光柵兩刻線之間的距離。一個(gè)理想的光柵可以認(rèn)為由一組等間距的無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限窄的狹縫組成，而狹縫之間的間距稱為光柵常數(shù)，在圖2中用d表示。圖2光柵光路全息光柵的光柵常量大小取決于兩束平行光與全息干板的夾角。設(shè)兩列相干的平行光分別以和角入射全息干板，則光柵常數(shù)；若兩列相干的平面波的夾角很小，則光柵常數(shù)。5.全息光柵制作原理兩束具有特定波面形狀的光束干涉，在記錄平面上形成亮暗相間的干涉條紋，用全息記錄介質(zhì)記錄干涉條紋，經(jīng)處理得到全息光柵。而采用不同波面形狀的光束或不同的全息記錄介質(zhì)和處理過程可以得到不同類型或不同用途的全息光柵。根據(jù)兩束相干平行光產(chǎn)生機(jī)理的不同，制作全息光柵的光路可分為兩類。一種稱為“分振幅法”，該類方法是利用分束鏡使一束光波一分為二；另一類稱為“分波面法”，該類方法是利用一定的儀器將一束光波的波面一分為二。其中在實(shí)際制作時(shí)通常采取分振幅法，但分振幅法制作全息光柵光柵常數(shù)通常較小。圖3菲涅爾雙面鏡菲涅爾雙面鏡是分波面獲的相干光常用的實(shí)驗(yàn)儀器，其典型光路如圖4所示。圖中S為縫光源，M1、M2為菲涅爾雙面鏡。其干涉條紋近似為等間距的平行直條紋，將其進(jìn)行記錄便可制得全息光柵。圖3菲涅爾雙面鏡圖4菲涅爾雙面鏡干涉法菲涅爾雙面鏡干涉法的制作光路如圖5所示。激光器發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后得到平行光，然后入射到菲涅爾雙面鏡上，其反射光在全息干板上進(jìn)行相干疊加。光柵常數(shù)決定于雙鏡的夾角。圖4菲涅爾雙面鏡干涉法該方法具有與楊氏雙縫干涉法相似的優(yōu)點(diǎn)，光程差小、干涉效果好，光柵常數(shù)易于控制且光柵常數(shù)較大，但其光路調(diào)節(jié)復(fù)雜，如果用準(zhǔn)直透鏡則干涉光斑面積較小，如果不用準(zhǔn)直透鏡則相干光僅為近平行光。三、實(shí)驗(yàn)步驟1.制作全息光柵（1）按照如圖4擺放實(shí)驗(yàn)器材（2）打開激光器，使激光器發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡后得到平行光，然后入射到菲涅爾雙面鏡上，其反射光在全息干板上進(jìn)行相干疊加（3）調(diào)節(jié)雙面鏡的夾角以此來(lái)調(diào)節(jié)光柵常數(shù)2.拍攝全息光柵(1)在黑暗環(huán)境中，擋住激光束，把干片放在架子上；(2)讓激光束照射在干片上2秒，再重新?lián)踝〖す馐?，把干片取下帶到暗房中?3)把干片泡在顯影液中大約10秒鐘，取出，用清水沖洗；(4)泡在定影液中約5分鐘，取出，沖洗后晾干；(5)用激光束檢驗(yàn)沖洗好的干片，若能看見零級(jí)、一級(jí)的光斑，說(shuō)明此干片可以用于測(cè)定光柵常數(shù)3.注意事項(xiàng)(1)半導(dǎo)體激光器工作電壓為直流電壓3V，應(yīng)用專用220V/3V直流電源工作（該電源可避免接通電源