全息光柵的設計制作

PAGE3全息光柵的設計制作光柵是重要的分光元件之一，由于它的分辨率優(yōu)于棱鏡，因而許多光學儀器中都采用光柵代替棱鏡作為分光的主要元件，如單色儀、光譜儀、攝譜儀等。此外，光柵在現(xiàn)代光學中的應用日趨廣泛，如光通信中用作光耦合器、光互連中用作互連元件、激光器用作選頻元件、光信息處理用作編碼器、調制器、濾波器等等。全息光柵制作技術是20世紀60年代隨著全息技術的發(fā)展而出現(xiàn)的，因其具有傳統(tǒng)刻劃光柵所不具備的一些優(yōu)點而受到人們的重視。目前，全息光柵在某些方面已經(jīng)取代刻劃光柵，在光柵家族中占有了一席之地。[實驗目的]1、掌握用全息方法制作光柵的基本原理；2、掌握全息實驗光路的基本調節(jié)方法和一維光柵的制作技巧；3、了解全息光柵的基本特性和測試方法；4、初步了解全息記錄介質—鹵化銀乳膠的特性和干板的處理方法。[實驗儀器]全息防震平臺（2m×1.5[實驗原理]一．全息光柵制作原理由光的干涉原理可知，兩束平行的相干光干涉，干涉場是一組明暗相間的等間隔的平面族，其周期由兩束平行光的夾角和光波波長所確定。若將全息記錄干板置于該干涉場中，則干板上記錄到的干涉條紋將呈等間隔的平行直線條紋，這就是全息光柵。設兩束平行光與光軸的夾角分別為θ1和θ2，光波波長為λ，顯然，干板記錄的全息光柵的透射率應該呈余弦函數(shù)分布，稱為余弦光柵。由干涉原理可知，全息光柵常數(shù)d由下式確定：;光柵法線全息干板光柵法線全息干板θ1θ2DL圖1f0是光柵空間頻率，表征了光柵線密度特性，其單位通常用“l(fā)p/mm”（lp表示“線對”，指一條亮紋和一條暗紋構成的一個“線對”，對應光柵的一個周期）。可見，要想提高全息光柵的線密度，只需增大兩束平行光的夾角。二．光柵的空間頻率的測量原理在光柵有效使用寬度確定的情況下，光柵的分辨率主要取決于光柵的空間頻率f0，因而通常把光柵的空間頻率（也稱光柵的線密度）作為表征全息光柵分辨率特性的一個重要指標。光柵空間頻率的測量是利用分光計測量光柵的一級衍射角θ1，然后由光柵方程式（2）計算而得（2）[實驗內(nèi)容]一、光路的設計與排布1、設計：根據(jù)全息光柵的制作原理，自行設計記錄一個空間頻率為f0～200lp/mm的全息光柵的實驗光路。要求將光路圖畫在報告上，并說明設計思路。θθHe-Ne激光器擴束、濾波、準直系統(tǒng)半反鏡半反鏡反射鏡反射鏡LD全息干板光路設計的原則是：1）充分利用全息防震平臺的面積1.5m×2）選取合適的路徑，使相干光束達到等光程。2、光路的排布：根據(jù)所設計的光路圖，在防震臺上排布光路。請把光路排布中遇到的問題、解決的思路和辦法寫在實驗報告中。光路排布的原則是：1）各光學元件必須調到共軸，光束走向應相對于臺面保持平行，以獲得一致的偏振態(tài)，避免相干不完全；2）根據(jù)要求的光柵線密度，計算兩束相干光的夾角θ1+θ2，并按照計算值排布光路；3）全息干板應與兩光束對稱放置；4）選取合適的分束鏡分束比，以及合適的擴束鏡倍數(shù)，以獲得合適的光強比（光強比通常取1：1，以便獲得較高的衍射效率）；5）針對不同倍數(shù)的擴束鏡，選用相匹配的針孔濾波器；6）所有夾持光學元件的支架必須保持穩(wěn)定，不得有絲毫震動。二、記錄一維全息光柵利用排布好的光路，制作一塊一維全息光柵。注意：1、本實驗使用天津Ⅰ型銀鹽干板；2、選取合適的曝光時間tE，經(jīng)試驗約為15秒。3、將銀鹽干板安裝在干板架上，感光膠面應背向物光方向，干板在干板架上被夾持應穩(wěn)固不搖晃；4、曝光前需靜臺兩分鐘，曝光過程中應保證全息防震臺穩(wěn)定，室內(nèi)空氣平穩(wěn)，無大的氣流運動；5、銀鹽干板應嚴格避光操作，待定影結束后才可見白光。三、銀鹽干板的后處理對曝光后的干板進行化學處理，應嚴格按常規(guī)的暗室操作規(guī)則進行，具體處理步驟如下：1、在D--19顯影液中顯影，溫度2002、清水中輕涮一遍；3、用F--5定影液定影，時間5-10分鐘；4、流水沖洗20分鐘以上；5、自然晾干或吹干；6、為了提高全息光柵的衍射效率，后處理過程可增加“漂白”過程，使全息光柵由振幅型轉化為位相型，此過程可在4、5兩步之間進行。實驗室提供配制的R-10漂白液。四、一維光柵的特性測量1．測量全息光柵的線密度f0：用分光計測量本實驗制作的光柵樣品的線密度。可用汞燈作光源，利用綠色譜線作已知其波長（λ=546.1nm）。請自行設計測量方法和計算公式。2．測量全息光柵的角色散:按照角色散的定義,利用鈉黃雙線(589.6nm、589.0nm)或汞黃雙線（576.98、579.07