全息光栅的制作方法ppt课件

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全息光栅的制作光栅是一种光学元件，其上有规则地配置着线、缝、槽或光学性质周期性变化的物质。

从广义角度讲，任何一种装置和结构，只要它能给入射光的振幅或相位，或者两者同时加上一个周期性的空间调制，都可以称之为光栅。

换言之，任何一种具有周期性的空间结构或光学性能周期性变化（如透射率、折射率）的衍射屏统称为光栅。

决定光栅性能的基本参数有三个：光栅的周期或空间频率（周期的倒数）；槽形（一个周期内的具体结构）；光栅的衍射效率。

按照制造光栅的方法来分，光栅可分为刻划光栅、全息光栅。

刻划光栅通常是用精密的刻线机在玻璃或镀有金属膜的玻璃上刻出，它不仅需要昂贵的设备（刻线机），对刻划条件要求很苛刻，而且很费时间，例如刻一块面积2100100mm、空间频率为600~1200/c mm的光栅需要昼夜不停地刻划一个星期。

1948年盖伯（Gabor）发现了全息光学原理，随着六十年代激光技术的发展，出现了用记录激光干涉条纹制作光栅的技术，发展了所谓的全息光栅。

国际上，在1970年就有全息光栅出售（法国Jovin—Yvom公司）；西德在1969年制成了边长达1m的全息光栅，用于天文学方面。

我国也有一些单位在研制全息光栅，并有出售。

同刻划光栅比，全息光栅具有很多优点：不存在固有的周期误差，因而不存在罗兰鬼线；杂散光少；光栅的适用范围宽；分辨率高；有效孔径大；生产周期短。

由于全息光栅的上述特点使得它在生产和技术中得到了广泛的应用，它不仅适合于高分辨的得发射、吸收和喇曼光谱分析，在光信息处理中得到广泛的应用，而且已用于激光器件中作为波长选择元件，在集成光学和光通信方面作为光耦合元件将有着极大的应用潜力。

一、实验目的1.验证双光束干涉的基本原理，进一步理解双光束干涉的基本理论；2.学习马赫—泽德干涉仪的光路布置原则和调节方法；3.掌握制作正弦型全息光栅的原理和方法；二、实验原理1. 光的干涉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，即干涉图样的强度分布是121212I =I I 2cos()A A ϕϕ++- （1）式中的211I A =、222I A =，1A 、2A 是两列平面波的振幅，1ϕ、2ϕ是对应的空间相位函数。

大学物理实验设计性实验实验题目全息光栅的制作学院班级学号姓名首次实验时间指导老师签字 _______________全息光栅的制作一实验任务设计制作全息光栅并测出其光栅常数（要求所制作的光栅不少于100条/毫米）二实验要求1.设计三种以上制作全息光栅的方法并进行比较（应包括马赫-曾德干涉法）；2.设计制作全息光栅的完整步骤（包括拍摄和冲洗中的参数及注意事项），拍摄出全息光栅；3.给出所制作的全息光栅的光栅常数值，计算不确定度、进行误差分析并做实验小结。

三实验基本原理1.全息光栅全息光学元件是指基于光的衍射和干涉原理，采用全息方法制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转、光束扫描等功能的元件。

光全息技术主要利用光相干迭加原理，简单讲就是通过对复数项（时间项）的调整，使两束光波列的峰值迭加，峰谷迭加，达到相干场具有较高的对比度的技术。

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。

其中全息光栅就是利用全息照相技术制作的光栅，在科研、教学以及产品开发等领域有着十分广泛用途。

一般在光学稳定的平玻璃坯件上涂上一层给定型厚度的光致抗蚀剂或其他光敏材料的涂层，由激光器发生两束相干光束，使其在涂层上产生一系列均匀的干涉条纹，光敏物质被感光，然后用特种溶剂溶蚀掉被感光部分，即在蚀层上获得干涉条纹的全息像，所制得为透射式衍射光栅。

如在玻璃坯背面镀一层铝反射膜，可制成反射式衍射光栅。

作为光谱分光元件，全息光栅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、价格便宜等；全息光栅已广泛应用于各种光栅光谱仪中。

作为光束分束器件，全息光栅在集成光学和光学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。

2. 光栅条纹光栅，也称衍射光栅，是基于多缝衍射原理的重要光学元件。

光栅是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝（刻线）的平面玻璃或金属片，其狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。

全息实验专题全息术（holography）是一种利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的技术，是当代引人瞩目的新技术，它已经成为了近代光学量余力的一个重要分支。

其在全息干涉量度术、全息光学元件和全息信息存储、全息立体显示、全息变换、特征识别等方面有着广泛的应用前景。

目前全息术在科技、文化、工业、农业、医药、艺术、商业等领域都获得了一定程度的应用。

本专题主要介绍了关于全息术应用的两个方面：全息光栅的制作和全息照相。

包括了三个实验：1.一般分振幅法制作全息光栅；2.马赫-曾德干涉法制作全息光栅；3.全息照相。

实验1一般分振幅法制作全息光栅全息光栅是利用全息照相技术制作的光栅。

利用光的相干叠加原理使两束光在记录材料（全息干板）上发生干涉，将记录下来的干涉条纹进行显影、定影就能得到全息光栅。

全息光栅在光谱研究、光学精密测量和光波调制等方面都有重要的应用。

目前，用于工业自动化数控技术的光栅除了采用复制光栅以外，大都采用全息法制作光栅，全息法制作光栅的特点主要体现在以下几点：1)光路排布灵活，适合制作不同空间频率的光栅；2)光栅尺寸可做得很大；3)制作效率高；4)若制作正交正弦光栅，全息法则更显优越。

【1】有多种方法可以制作全息光栅，而用光波相干叠加的方法制作全息光栅的光路有两类，一类称为“分振幅法”，即利用分光镜，使同一光波一分为二，一部分透射，另一部分反射，然后使两束光相遇发生干涉，干涉条纹即为光栅；另一类称为“分波面法”，它将同一光波的波面一分为二，然后使两束光相遇发生干涉。

本专题采用的两种方法都为分振幅法，但光路略有不同。

实验目的（1）熟悉光路的安排及调节，熟悉暗室技术。

（2）按照一般分振幅法制作一维全息光栅，观察光栅光谱，并测量光栅有关特性。

实验器材全息平台，光学元件架六个，分束镜，扩束镜，平面反射镜两个，激光器，准直透镜，平晶，全息干板，带小孔的白屏，洗相设备。

实验原理1.全息法制作正弦光栅的原理【2】U 1U 2 θx图1实验原理图有两束平面波，其复振幅分布分别为θsin 21;ikx Be U A U ==，它们传播方向的夹角为θ，如图1所示，在空间屏幕上的光强分布为)sin cos(222sin sin 222sin 221θθθθkx AB B A ABe ABe B A Be A U U I ikx ikx ikx ++=+++=+=+=-（1）屏幕上将得到一组垂直于x 方向的直条纹。

摘要本文讲的主要是全息光栅的制作和对所做光栅的光栅常数的测量。

光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件。

它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。

光栅的狭缝数量很大，单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。

利用两束相干涉的平行光形成的明暗条纹也可以制作光栅，利用光强不同的明暗条纹经曝光后在全息干板上留下条纹，即可得到全息光栅。

此实验主要应用马赫-曾德干涉原理来制作全息光栅,并测得光栅常数。

关键词激光技术；半导体激光器；受激辐射；光场AbstractThis paper is mainly about the holographic grating production and to do the grating constant measurement of the grating. Use the slit diffraction grating is the principle that light dispersion happens optical elements. It is a large and wide, with parallel isometric slit (scribed line) of flat glass or metal. The grating slit a large quantity, monochromatic parallel light through the grating diffraction and the gap of each seam the interference between, form dark stripe is very wide, Ming stripe very fine pattern, the sharp thin and bright stripe called spectrum line. The use of two phase of parallel light beam interference of the formation of the light and shade stripe can also make grating, the use of light intensity of light and shade the different stripe after exposure in the holographic GanBan leave behind the stripe, can get holographic grating. This experiment is mainly used CengDe interference principle to Mach-making holographic grating, the grating constant.Keywords: grating ；holographic grating ；grating constant目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................................ I I 第1章绪论 . (1)1.1 课题背景 (1)1.2 本文研究内容 (2)第2章全息光栅实验设计 (4)2.1 设计要求 (4)2.2 设计原理 (4)2.2.1光栅产生的原理 (4)2.2.2马赫—曾德干涉仪法原理 (5)2.2.3激光法测光栅常数原理 (5)2.3设计步骤 (6)2.3.1制作全息光栅 (6)2.3.2拍摄全息光栅 (6)2.3.3测定所制光栅的光栅常数 (7)第3章全息光栅实验处理 (8)3.1 实验数据记录 (8)3.2 实验数据处理 (8)结论 (10)参考文献 (12)第1章绪论1.1 课题背景光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。

课程结业论文课程名称：普通物理实验院系专业：物理学系物理学学号：201211141928姓名：马宏志用全息照相法制作光栅及实验结果的分析作者：马宏志（201211141928） 单位：北京师范大学物理系2012级师范班论文摘要光栅是具有周期性透光性质的光学分光元件，不透明屏上N 个等宽等间距的狭缝就形成了一个光栅。

全息光栅的基本原理是全息照相技术。

光全息技术，主要是利用光相干叠加原理，简单地将就是通过对复数项（时间项）的调整，使两束光波列的峰值叠加，峰谷叠加，达到相干场具有较高的对比度的技术。

利用相干光叠加，在记录平面上形成亮暗相间的的干涉条纹，再经过显影，定影处理，就形成了呈平行排列的光栅，一般单位宽度上的光栅数密度很大，从几百条到几千条不等。

制作好的光栅可以用来测定它的光栅常数，还可以用作分光器件使白光发生色散，利用光栅方程sin d k θλ=测出不同色光的波长。

最后利用空间滤波原理对全息照相技术加以改进，消除不利条件的影响，提高照片质量。

关键词：全息照相、光的干涉、空间滤波、光栅、光栅常数。

引言光学是物理学的一个很重要的分支，光学中有很多奇特的光现象和许多精密的光学元件。

这些光学元件的制作都要建立在严密的科学理论之上，同时也需要很高的实验操作技能。

光栅作为一种精度很高且很重要的光学元件，在许多领域有着很广泛的作用。

光栅的研究开始于18世纪中叶，主要代表人物有李敦豪斯、夫琅和费，伍德，迈克尔逊等人。

最初的光栅种类少，精度不高，每毫米的光栅条数只有几到几十条，主要是刻画光栅和复制光栅。

随着科技的发展，光栅制作技术日渐成熟。

伽伯发明的全息照相技术是光栅制作史上一次伟大的革命，通过使两束激光在胶片上叠加，形成亮暗相间的干涉条纹，再用化学试剂洗去亮条纹区域，由于光波很短，条纹间距很小，这就为制作高精度的光栅创造了有利的条件。

光栅种类较多，常见的有反射光栅和透射光栅，用途也十分广泛，在很多领域起着极其重要的作用。

全息平面光栅的制作及其参数测定一、 实验目的1． 掌握空间频率较低的全息平面光栅的制作方法。

2．学会在全息台上光学元件的共轴调节技术、扩束与准直的基本方法，熟练地获得和检验平行光。

3． 用几何光学和物理光学方法测定全息光栅的光栅常数。

二、 仪器及用具光学平台（全息台），He---Ne 激光器，定时器，快门，50%分束镜，平面镜，全息干板，像屏，底片夹，透镜，显定影用具，读数显微镜等。

三、 实验原理全息光栅是用全息照相的方法制作的一种分光元件。

与用普通方法制作的刻划光栅和复制光栅相比，全息光栅没有周期性误差，杂散光少，分辨率和衍射效率高，制作的环境条件要求较低，因而其应用越来越广泛。

两列同频率的相干平面光波以一定夹角相交时，在两光束重叠区域将产生干涉现象。

如图1（a ）所示，在z=0的xy 平面（该平面垂直于纸面）上将接收到一组平行于y 轴的明暗相间的直条纹，其光强分布和条纹间距分别为 )]sin (sin 2cos 1[2210θθλπ-+=x I I （1）)(21cos )(21sin 21sin sin 212121θθθθθθλ-+=-=d （2）式中：1θ、2θ分别为两束相干光与（x y ）平面的法线夹角，θθθ=+21为两束光的会聚角。

当两束光对称入射即221θθθ==时，有(a) (b)图12sin 2λ=d （3）令ν为干涉条纹的空间频率，则λθν)2sin(21==d （4） 如果在0=z 处平行于xy 平面放置一块全息干板H （图1 b ），则经曝光、显影、定影等处理后，即可获得一张全息光栅。

当空间频率ν比较小时，称之为低频全息光栅。

四、 实验光路本实验采用马赫—曾特尔干涉仪光路，如图2所示。

它主要是有两块50%的分束器1BS 、2BS 和两块全反射镜1M 、2M 组成。

四个反射面互相平行，中心图2 光路构成一个平行四边形。

扩束镜C 和准直透镜L 共焦以后产生平行光，平行光射到1BS 上分成两束，这两束光经1M 、2M 反射后在2BS 上相遇发生干涉，在2BS 后面的观察屏P 上可观察到干涉条纹。

全息光栅的制作一．【实验目的】1、了解全息光栅的原理；2、复习用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照；3、学习对全息光栅的后处理。

二.【主要仪器及设备】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。

三.【实验原理】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）。

当参考光波和物光波都是点光源且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。

采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。

从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅。

有多种光路可以制作全息光栅。

其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。

我们常采用马赫-曾德干涉仪光路。

（一）马赫-曾德干涉仪法（1）光栅制作原理与光栅频率的控制用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。

相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d(实验中常称为光栅常数) 。

图1相干光干涉形成光栅的示意图图2 全息光栅制作实验光路图马赫-曾德干涉仪光路测全息光栅。