全息光栅的制作实验报告

实验光路图为：三，实验数据记录与处理次数 1 2 3 4 5L(cm) 10.00 15.00 20.00 25.00 30.002△X(cm) 10.10 14.90 19.75 24.45 29.8△X(平均)cm 5.50 7.45 9.87 12.23 14.90sinθ=△x/(△x²+L²)½0.4819 0.4448 0.4425 0.4394 0.4448sinθ(平均值）0.4506所以，运用公式dsinθ=λ, d=λ/sinθ.所以，最后算出的d =1442nm.f=1/d =6.934E-4 (1/nm)四，实验误差分析1），全息光栅记录的时候，干板夹持角度有问题，最后导致做光栅衍射时，衍射出的一级明条纹与零级明条纹不在一条线上，导致测量误差。

2），全息光栅记录的时候，我们组的干板夹在架上的位置有点低了，导致最后在干板上只有一小部分记录到了光的干涉条纹。

3）测量读数误差。

五．课后思考题1，全息光栅的应用有哪些？答：借助全息光栅可以帮助人们分辨出肉眼无法鉴别的物质，再生产，通讯，科研等方面有着广泛应用。

如应用于单色仪，光谱仪，分析设备，颜色测定仪，生产工艺控制，质量控制等方面。

另外在装饰方面，如光栅灯箱利用其分光原理能实现瞬间变画，在一些产品和证件的包装上，利用全息光栅技术制成防伪标识，在先进的数控机床上，利用光栅传感器来实现所需信号的传递……2.我们的实验过程中，干板夹持的位置偏低，导致图案记录部分偏低。

且干板夹持的角度不正，虽然最后利用光栅做衍射时也能看到衍射光斑，但必须将干板倾斜很大的角度，也容易产生读数误差。

在实验中光路搭建过程也存在很大问题，总是不能非常合理的安排各光学元件，尽量拉大距离，且使两个反射镜光路成等腰三角形，有利于保证光程相等，夹角足够小。

在光栅显影，定影处理中，高质量的处理对实验成果有很大作用。

第３３卷第３期大学物理实验Ｖｏｌ.３３Ｎｏ.３２０２０年６月ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥＪｕｎ.２０２０收稿日期:２０２０￣０２￣２９文章编号:１００７￣２９３４(２０２０)０３￣００５３￣０４利用洛埃镜制作高频全息光栅的教学拓展实验刘㊀影ꎬ李司未ꎬ王㊀徐ꎬ韩浩东(陆军装甲兵学院基础部ꎬ北京㊀１０００７２)摘要:利用两束平行光的相干叠加制作全息光栅ꎬ成本低㊁易实现ꎮ全息光栅的制作光路多种多样ꎬ但在教学上大部分研究主要集中于低频光栅的制作ꎮ在分析大学物理实验中两种常用光路的基础上ꎬ提出利用洛埃镜光路制作高频光栅ꎮ该装置采用步进电机控制转角ꎬ有效地提高了实验精度ꎬ在制作亚波长光栅方向具有很好的应用前景ꎬ拓展了全息光栅实验的教学内容ꎮ关键词:全息光栅ꎻ洛埃镜ꎻ光栅频率ꎻ光栅衍射中图分类号:Ｏ４３６.１文献标志码:ＡＤＯＩ:１０.１４１３９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ２２￣１２２８.２０２０.０３.０１２㊀㊀全息光栅的制作实验是目前国内很多高校开设的一个综合性设计实验ꎮ根据两束相干平行光产生机理的不同ꎬ制作全息光栅的光路可分为 分振幅法 和 分波面法 [１]ꎮ理论上全息光栅的制作方法主要有:杨氏双缝干涉法[２]㊁阿贝成像原理法[３ꎬ４]㊁马赫 曾德干涉法[５]㊁菲涅尔双面镜法[６]等ꎮ在教学拓展实验中大部分集中于对低频光栅的制作ꎬ如利用迈克尔孙干涉仪[７]㊁阿贝成像原理[３]㊁平面平晶反射[２]等制作低频全息光栅ꎮ高频光栅ꎬ尤其是亚波长光栅主要是满足科研需要[８]ꎮ当前在我校开设的全息光栅制作实验ꎬ主要采用三角光路和马赫 曾德干涉仪两种光路ꎮ三角光路的优点是光学元件相对较少ꎬ稳定性较强ꎬ光栅空间频率仅由一束光的入射角决定ꎬ角度较容易设定ꎮ但相比于两束光对称入射ꎬ干涉条纹在记录介质内实际上是倾斜的ꎬ这在制作浮雕型光栅和体全息光栅时影响尤其明显ꎮ马赫￣曾德干涉仪光路具有光路对称㊁灵活㊁光程差小㊁干涉效果好的优点ꎬ但只适用于制作低频光栅ꎮ在教学中发现ꎬ学生对制作高频光栅很感兴趣ꎬ但由于受到实验平台和光学元件尺寸限制ꎬ上述两种光路是不适合的ꎮ为此ꎬ我们提出用洛埃镜光路制作高频光栅ꎬ同时为了解决两束光角度不易确定ꎬ制作不同光栅需要重复调整光路的问题ꎬ我们采用了步进电机控制装置的旋转ꎬ一方面简化了对光路的调整ꎬ另一方面提高了所制光栅的精度ꎮ１㊀实验原理１.１㊀全息光栅的制作原理全息光栅的制作原理如图１所示ꎬ两束准直激光Ｂｅａｍ１和Ｂｅａｍ２以相同的入射角θ在空间相交时ꎬ相交重叠区域将形成明暗交替的平行等距的干涉条纹ꎬ条纹的频率与两束光的夹角和光源的波长有关ꎬ满足(１)式:ｖ＝２ｓｉｎθλ(１)图１　全息光栅制作原理图在叠加空间垂直于入射面放置全息记录介质ꎬ则可将干涉条纹记录下来ꎬ就形成了全息光栅ꎮ１.２㊀洛埃镜实验光路１８３４年洛埃(Ｈ.Ｌｌｏｙｄ)提出了一种简单的观察干涉的装置[９]ꎮ如图２所示ꎬＭＮ为一块平面反射镜ꎬＳ１是一狭缝光源ꎬ从光源发出的光波一部分掠射到平面镜上ꎬ经表面反射到达屏Ｐ上ꎬ接收屏Ｐ与ＭＮ垂直ꎻ另一部分直接射到屏上ꎮ干涉条纹的分析和杨氏双缝实验相同ꎬ反射光可看作是由虚光源Ｓ２发出的ꎬＳ１和Ｓ２构成一对相干光源ꎮ在图示阴影区域两束光相干叠加ꎬ形成干涉条纹ꎮ图２㊀洛埃镜实验光路图１.３㊀实验光路的改进从图２不难看出ꎬ如果将入射光改为平行光ꎬ在接收屏Ｐ上两束光将以相同入射角入射到接收屏上ꎬ叠加区域将形成平行等距的干涉条纹ꎮ为了能够灵活改变入射角度ꎬ我们将接收屏Ｐ平移到反射镜Ｎ处ꎬ将ＭＮ与Ｐ作为一个整体一起转动ꎮ如图３所示ꎬ(ａ)为全息光栅制作装置俯视图ꎬ(ｂ)为侧视图ꎮ其中Ｍ为全反镜ꎬＨ为干版架ꎬＡ为旋转平台ꎬ可绕中心轴Ｏ旋转ꎬＭ与Ｈ垂直相交于中心Ｏ点ꎮ为了精确控制入射光角度ꎬ在原有手动调节角度的基础上ꎬ我们采用步进电机控制旋转角度ꎮ洛埃镜光路系统与电机旋转平台的结合ꎬ实现了角度的自动化控制ꎮ(ａ)俯视图ꎬ其中Ｍ为全反镜ꎬＨ为干版架ꎬＡ为旋转平台ꎻ(ｂ)为侧视图ꎬ旋转平台可连接磁性底座固定图３㊀改进实验平台１.４㊀改进后的实验原理如图４所示ꎬ由Ｈｅ￣Ｎｅ激光器发出的激光经扩束准直系统ＳＦ和Ｌꎬ入射到洛埃镜实验装置平台上ꎮ平行光中心线过旋转中心Ｏ点ꎮ初始时刻调整全反镜Ｍ与平行光平行ꎬ之后根据所制光栅要求ꎬ通过步进电机旋转θ角ꎮ这时一部分平行光直接入射到全息记录干版上ꎬ一部分平行光经全反镜反射后入射到全息记录干版上ꎬ在叠加区域形成干涉条纹ꎮ由几何关系可知ꎬ图中所示θ角即为两束平行激光(直接入射和经Ｍ反射入射)在Ｈ处的入射角ꎮ由于是对称入射ꎬ这时记录的光栅频率满足(１)式ꎮ图４㊀洛埃镜制作全息光栅实验光路图２㊀实验过程及实验结果如图５所示ꎬ我们采用教学用全息实验平台ꎮ扩束准直系统由扩束镜和准直透镜组成ꎮ平台的转角由控制电路控制ꎬ精度为０.１ʎꎬ同时也可根据需要手动调节ꎮ设定好角度后ꎬ在暗室中曝光显影ꎮ记录介质为银盐干版ꎬ静台时间１２０ｓꎬ曝光时间１ｓꎬ显影时间５ｓꎬ定影时间６０ｓꎮ图５㊀洛埃镜实验光路实物图图６为制作的部分全息光栅衍射效果照片和在分光计下观察的钠光灯衍射照片ꎮ(ａ)光栅频率５００条/ｍｍ４５利用洛埃镜制作高频全息光栅的教学拓展实验(ｂ)光栅频率７００条/ｍｍ(ｃ)光栅频率１２００条/ｍｍ衍射照片(ｄ)光栅频率１２００条/ｍｍꎬ在分光计中看到的钠双线图６㊀实验样品照片其中(ａ)为光栅频率５００条/ｍｍ的光栅对白光的衍射照片ꎬ(ｂ)为频率为７００条/ｍｍ光栅对白光的衍射照片ꎬ(ｃ)为频率为１２００条/ｍｍ光栅在激光照射下的衍射照片ꎮ(ｄ)为分光计中观察到的频率为１２００条/ｍｍ光栅对钠光的衍射照片ꎬ从照片上我们可以清楚地观察到钠光的两条特征谱线ꎮ３㊀数据处理与讨论为了与教学采用的三角光路对比ꎬ我们用分光计对两种光路制作的光栅频率进行了测量ꎮ三角光路的光路图如图７所示ꎬ激光经扩束准直系统后ꎬ利用分束镜将平行光分为两束ꎬ一束垂直入射ꎬ一束经反射镜反射ꎬ斜入射到记录介质上ꎬ两束平行光夹角为θꎬθ角可由直尺测量ｘ和Ｈ计算得到ꎮ此时光栅空间频率为:ｖ＝ｓｉｎθλ(２)图７㊀制作全息光栅的三角光路运用已知数据进行光栅制作ꎬ用分光计对一级衍射角θ进行测量ꎬ根据光栅衍射公式可知ꎬ光栅频率与一级衍射角的关系满足:ｖ＝ｓｉｎθλ(钠光灯作光源ꎬ波长ｌ＝５８９.３ｎｍ)得出全息光栅的频率ｖ１ꎮ将实验频率ｖ１与理论频率ｖ进行相对误差分析ꎬ结果如表１所示:表１㊀三角光路实验数据分析光栅频率ｖ(条/ｍｍ)一级衍射角θ测量值ｖ１(条/ｍｍ)相对误差η/％２００７ʎ２ᶄ２０７.７３.８５３００９ʎ５７ᶄ２９３.５２.１７４００１３ʎ５ᶄ３９４.７１.３３５００１７ʎ０ᶄ４９６.１０.７８７００２２ʎ５ᶄ６６４.４５.０９９００２８ʎ６ᶄ７９９.０１１.２２根据(１)式算得的洛埃镜装置旋转角度θꎬ制作各频率全息光栅ꎬ得到全息光栅后ꎬ运用分光计对全息光栅的一级衍射角角度θ测量ꎬ并由光栅方程计算得出各全息光栅的频率ｖ１ꎮ将理论值频率ｖ同实验的频率ｖ１做相对误差分析ꎬ结果如表２所示ꎮ表２㊀洛埃镜实验光路实验数据光栅频率ｖ(条/ｍｍ)一级衍射角θ测量值ｖ１(条/ｍｍ)相对误差η/％３００１０ʎ１０ᶄ２９９.６０.１３４００１３ʎ４６ᶄ４０３.９０.９７５００１６ʎ１４ᶄ５０２.６０.５２７００２４ʎ１１ᶄ６９５.２０.６８９００３０ʎ５０ᶄ８９５.００.５６１２００４３ʎ５６ᶄ１１９８.４０.１３数据分析表明ꎬ洛埃镜实验的相对误差可以控制在１％以内ꎮ误差主要来源有以下几个方面:一是电动旋转平台的精度只有０.１ʎꎬ在频率较低的情况下影响较大ꎻ二是在实验前的光路调整阶段ꎬ入射光如果不能垂直入射到旋转中心Ｏ５５利用洛埃镜制作高频全息光栅的教学拓展实验点ꎬ将带来严重的系统误差ꎻ三是在用分光计测量时也会引入误差ꎮ图８㊀光栅频率为１５００条/ｍｍ光栅的衍射照片整体上来看用洛埃镜制作的光栅比原有的实验光路可制作的光栅频率范围更大ꎬ光栅衍射效率更高ꎮ我们制作了光栅频率为１５００条/ｍｍ的光栅ꎬ衍射照片如图８所示ꎬ衍射光从光栅表面掠射出来ꎮ但由于衍射效率太低ꎬ未能利用分光计测出其光栅频率ꎮ４㊀结㊀论本文提出一种利用洛埃镜实验装置制作高频光栅的电动旋转装置ꎮ制作了频率从３００条/ｍｍ到１５００条/ｍｍ的光栅ꎬ取得了较为理想的实验效果ꎮ该实验装置具有整体性的优点ꎬ使用的光学元件更少ꎬ光路更加稳定ꎻ采用电控步进电机ꎬ角度选定上更加精确ꎮ该装置可用于光学教学的课堂演示以及光学实验上ꎬ能够加深学生对相关概念及实验现象的理解ꎬ培养了学生实验动手能力㊁拓展了对双光束干涉法制作全息光栅的理解ꎬ提高了教学效果ꎮ参考文献:[１]㊀刘香茹ꎬ陈庆东ꎬ李立本.全息光栅制作光路的比较研究[Ｊ].大学物理实验ꎬ２００８ꎬ２１(１):２０￣２２.[２]㊀黄婉华ꎬ程敏熙ꎬ陈映.纯利用平面平晶反射干涉制作低频全息光栅[Ｊ].物理实验ꎬ２０１２ꎬ３２(４):４０￣４２.[３]㊀李芳菊ꎬ董康军.利用阿贝成像原理制作低频全息光栅[Ｊ].物理实验ꎬ２００８ꎬ２８(５):３７￣３８.[４]㊀王翚ꎬ刘香茹ꎬ石发旺.利用阿贝成像原理制作全息光栅的理论分析[Ｊ].河南科技大学学报(自然科学版)ꎬ２００６ꎬ２７(２):９４￣９６.[５]㊀何建瑜ꎬ赵荣涛ꎬ竺江峰.新马赫￣曾特尔全息光路图制作高频全息光栅[Ｊ].大学物理实验ꎬ２０１１ꎬ２４(６):９￣１１.[６]㊀宁亚平ꎬ赵慈.一种简便制作全息光栅的方法[Ｊ].物理实验ꎬ１９９７ꎬ１８(２):３３.[７]㊀柯红卫ꎬ杨嘉ꎬ贺秀良ꎬ等.利用迈克耳孙干涉仪制作全息光栅￣非物理专业本科教学拓展实验[Ｊ].物理实验ꎬ２００４ꎬ２４(７):３０￣３２.[８]㊀刘影ꎬ崔杰ꎬ姚国政ꎬ等.亚波长浮雕光栅的衍射㊁抗反射和增透研究[Ｊ].光学学报ꎬ２０１６ꎬ３６(２):０２０５００１.[９]㊀陈守洙ꎬ江之永.普通物理学[Ｍ].第六版.北京:高等教育出版社ꎬ２００６:１３６.ＴｅａｃｈｉｎｇＥｘｔｅｎｓｉｏｎＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆＦａｂｒｉｃａｔｉｎｇＨｉｇｈＦｒｅｑｕｅｎｃｙＨｏｌｏｇｒａｐｈｉｃＧｒａｔｉｎｇｗｉｔｈＬｌｏｙｄＭｉｒｒｏｒＬＩＵＹｉｎｇꎬＬＩＳｉｗｅｉꎬＷＡＮＧＸｕꎬＨＡＮＨａｏｄｏｎｇ(ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＣｏｕｒｓｅｓꎬＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｒｍｏｒｅｄＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｇｒａｔｉｎｇｉｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｃｏｈｅｒｅｎｔｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｗｏｐａｒａｌｌｅｌｌｉｇｈｔｓꎬｗｈｉｃｈｉｓｌｏｗｉｎｃｏｓｔａｎｄｅａｓｙｔｏｒｅａｌｉｚｅ.Ｔｈｅｒｅａｒｅｖａｒｉｏｕｓｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｓｆｏｒｍａｋｉｎｇｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｇｒａｔｉｎｇｓꎬｍｏｓｔｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｔｅａｃｈｉｎｇｆｏｃｕｓｅｓｏｎｍａｋｉｎｇｌｏｗ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｒａｔｉｎｇｓ.Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｗｏｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｓｃｏｍｍｏｎｌｙｕｓｅｄｉｎｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙｐｈｙｓｉｃｓｌａｂｓꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｏｕｓｅｈｉｇｈ￣ａｎｇｌｅｇｒａｔｉｎｇｓｔｏｃｒｅａｔｅｈｉｇｈ￣ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｇｒａｔｉｎｇｓ.Ｔｈｅｄｅｖｉｃｅｕｓｅｓａｓｔｅｐｐｉｎｇｍｏｔｏｒｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅꎬｗｈｉｃｈｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｐｒｅｃｉｓｉｏｎ.Ｉｔｈａｓａｇｏｏｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｕｂ￣ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｇｒａｔｉｎｇｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓꎬａｎｄｅｘｐａｎｄｓｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｃｏｎｔｅｎｔｏｆｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｇｒａｔｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃｇｒａｔｉｎｇꎻＬｌｏｙｄｍｉｒｒｏｒꎻｇｒａｔｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎻｇｒａｔｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ６５利用洛埃镜制作高频全息光栅的教学拓展实验。

全息光栅的制作实验报告实验报告题目：全息光栅的制作实验一、实验目的：1. 了解全息光栅的原理和制作过程；2. 学会使用光刻技术制作全息光栅。

二、实验原理：1. 全息光栅的原理：全息光栅是一种利用光的干涉现象制作出来的一种光栅。

通过将物体的光波信息记录在光敏材料中，再利用干涉光生成全息图像。

2. 全息光栅的制作过程：制作全息光栅一般分为记录、制版和重建三个步骤。

其中，记录步骤是将物体的光波信息记录在光敏材料上，制版步骤是通过光刻技术将光敏材料进行蚀刻形成光栅，重建步骤是利用激光光源将原始物体的光波信息还原出来。

三、实验仪器和材料：1. 反射式全息光栅制作实验装置：包括激光光源、光学元件（分束器、镜片、光栅等）、全息光栅制作材料（光敏材料、显影液等）等。

2. 光刻设备：包括光源、掩膜、显影液等。

四、实验步骤：1. 准备工作：调整实验装置，保证激光光源的稳定输出和光学元件的合适位置。

2. 光敏材料涂覆：将光敏材料涂覆到玻璃基片上，形成一层薄膜。

3. 曝光记录：将物体放置在光敏材料前，调节光源的照射时间和强度，使光波信息被记录到光敏材料中。

4. 显影：将曝光后的光敏材料放入显影液中，显影液会溶解掉未曝光的区域，形成全息图像。

5. 激光刻蚀：将显影后的光敏材料放入光刻设备中，通过光刻技术进行蚀刻，形成全息光栅。

6. 全息光栅测试：使用激光光源将全息光栅照射，观察重建出的全息图像。

五、实验结果和分析：经过制作和测试，成功制得一张全息光栅。

在激光照射下，能够清晰重建出原始物体的光波信息，形成全息图像。

六、实验总结：通过本次实验，对全息光栅的制作过程有了较深入的了解。

全息光栅制作技术具有很高的科学和工程应用价值，可以用于大量的光学领域，如显示、存储等。

在实验过程中，还学到了光刻技术的应用，充分感受到了光学技术的魅力。

实验中还发现了一些操作和调试中的问题，对操作技巧和设备调整有了更好的认识。

通过这次实验，加深了对全息光栅制作原理和技术的理解，为今后的学习和研究奠定了基础。

实验光路图为：
三，实验数据记录与处理
次数12345
L(cm)
2△X(cm)
△X(平均)cm
sinθ=△x/(△x²+L²)½
sinθ (平均值）
所以，运用公式dsinθ=λ, d=λ/sinθ.
所以，最后算出的d =1442nm.
f=1/d = (1/nm)
四，实验误差分析
1），全息光栅记录的时候，干板夹持角度有问题，最后导致做光栅衍射时，衍射出的一级明条纹与零级明条纹不在一条线上，导致测量误差。

2），全息光栅记录的时候，我们组的干板夹在架上的位置有点低了，
导致最后在干板上只有一小部分记录到了光的干涉条纹。

3）测量读数误差。

五．课后思考题
1，全息光栅的应用有哪些
答：借助全息光栅可以帮助人们分辨出肉眼无法鉴别的物质，再生产，通讯，科研等方面有着广泛应用。

如应用于单色仪，光谱仪，分析设备，颜色测定仪，生产工艺控制，质量控制等方面。

另外在装饰方面，如光栅灯箱利用其分光原理能实现瞬间变画，在一些产品和证件的包装上，利用全息光栅技术制成防伪标识，在先进的数控机床上，利用光栅传感器来实现所需信号的传递……
2.我们的实验过程中，干板夹持的位置偏低，导致图案记录部分偏低。

且干板夹持的角度不正，虽然最后利用光栅做衍射时也能看到衍射光斑，但必须将干板倾斜很大的角度，也容易产生读数误差。

在实验中光路搭建过程也存在很大问题，总是不能非常合理的安排各光学元件，尽量拉大距离，且使两个反射镜光路成等腰三角形，有利于保证光程相等，夹角足够小。

在光栅显影，定影处理中，高质量的处理对实验成果有很大作用。

全息光栅制作实验报告一. 引言全息光栅是一种利用光的衍射现象制作出的光学元件，具有复杂的衍射效果。

全息光栅被广泛应用于显示、储存以及光学信息处理等领域。

在本实验中，我们将通过使用光敏材料和激光束来制作一个全息光栅。

二. 实验原理全息光栅的制作过程包括露光、显影、定影和电镀。

首先，选取一个光敏材料作为全息光栅的基底，并将其加工成光滑的表面。

然后，利用激光束照射光敏材料，形成光栅的干涉图样。

接下来，使用显影液将暴露于光的区域显影出来，形成明暗交替的条纹。

之后，将样品进行定影，使得光栅图案稳定下来。

最后，进行电镀，以增强光栅的耐久性和强度。

三. 实验步骤1. 准备光敏材料选择一块透明的光敏材料作为光栅的基底，将其切割成适当大小的样品。

保持样品表面的干净，以免对制作过程产生影响。

2. 显影预处理将样品浸泡在显影液中，保持一定时间，以去除光敏材料表面的杂质。

然后，用去离子水或酒精洗净样品，并在无尘的环境中晾干。

3. 光栅制作将样品放置在光源下方的平台上，调节光源的角度和位置，使得激光束垂直照射在样品中心的位置。

开启激光源，照射样品，待干涉条纹稳定后，关闭激光源。

4. 显影将样品放入显影液中，保持一定时间，使得经过照射的区域显影出来。

随着时间的推移，明暗条纹逐渐清晰可见。

然后，用去离子水洗净样品，以停止显影过程。

5. 定影将样品放入定影液中，保持一定时间，以稳定光栅图案。

然后，用去离子水洗净样品，以停止定影过程。

6. 电镀将样品进行电镀，以增强光栅的耐久性和强度。

首先，在电镀槽中加入适当的电镀液，将样品放入槽中，并连接电源。

根据电镀液的要求，设置合适的电流和镀层厚度，并保持一定时间。

完成电镀后，取出样品，用去离子水洗净并晾干。

四. 实验结果与分析通过以上步骤制作的全息光栅在显微镜下观察，可以清晰地看到明暗交替的条纹图案。

这些条纹图案是由于光的干涉效应所产生的。

全息光栅可以通过光的衍射现象实现对入射光的分光和分束，因此具有广泛的应用前景。

实验报告勾天杭 pb05210273题目：全息光栅，三维全息目的：初步了解全息术的基本原理，并拍摄物体的三维全息图和制作全息光栅。

原理：预习报告和下面思考题（二）已述，不再重复思考题:一 把拍摄好的全息光栅用一束细光束垂直入射,测出L,x,计算光栅常数d 及两光束夹角φ并与测量值比较6328A λ= ,并测得/2 6.9x cm = 15.1L cm = 28ϕ=︒由光栅方程 sin d m θλ= （此处m=1）及sin θ=求得光栅常数 1.52d m μ= 由12sin (/2)242sin 2d d λϕλϕ-=⇒==︒测量值与计算值有一些偏差.因为我们拍出来的光栅不太好,只能同时看到两个点(+1和-1级不同时出现, 得把干板稍微转一个小角度才能看到+1或-1级光点),零级亮斑的光强也比较弱.所以只测量了1级光点与零级光点的距离,记为x/2.这可能会给光栅常数的计算带来误差,导致算出来的φ与测出来的φ有差距.二 简述全息术的两步成像方法,利用什么原理实现1.波前记录(双光束干涉)双光束干涉原理表明,干涉光强分布包含着干涉光束的振幅信息和位相信息,这就构成波前记录的基础. 从双光束干涉到全息记录,只需在干涉光束中用物光束替换其中的一束光. 全息干板上记录到的就是物光束O 与参考光束R 的双光束干涉条纹. 曝光后的全息干板经显影、定影处理,成为一张记录着干涉条纹的干板,称为全息图或全息照片. 这样以干涉条纹的形式记录了物光相对于参考光的振幅分布和位相分布,振幅分布表现为条纹的衬比度,位相分布表现为条纹的位置、形状和疏密.波前记录称得上是用参考光波对物光波进行的编码记录,在同一张全息干板上,就可以用不同的编码实现对不同波前的记录,这就是波前记录的多重性.考虑通常全息记录的是来自同一光源的相干波的干涉, 物体发出(透射或散射) 的光波即物光波在记录面上的光场分布为00(,)(,)exp[(,)]O x y O x y i x y =Φ,参考光在此平面上的光场分布为0(,)(,)exp[(,)]R R x y R x y i x y =Φ,记录面上某点记录的光强为)cos(2****)*)((0002020R R O R O RO OR RR OO R O R O I Φ-Φ++=+++=++=上述光强分布表明,波前记录面上每一点的光强依赖于物光波的振幅和位相, 即波前记录面上每一个点域均记录着物光波前的全部信息.在线性记录的条件下， tI H H ββββτ+=+=00t 为曝光时间，I 为总光强，β0和β为常数。

全息光栅实验报告（总4页）本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21 year.March全息光栅的设计制作与性能表征1 .理解和掌握用全息方法制作光柵的基本原理；2.掌握全息实验光路的基本调节方法和全息光栅的制作技巧:3.掌握全息光栅的基本特性和测试方法:1.掌握全息板的处理方法。

5.「解全息光栅制作技术的丄要特点、主要应用领域;；【实脸仪器】全息防震平台，半导体激光器,反射镜G2个），分朿镜,针孔滤波器，扩朿透链，准直透镜，I；板架，全息F；板等。

【实验原理】光栅是重要的分光元件之一，由于它的分辨率优于棱镜，因而许爹光学仪器中祁采用光栅代替棱镜作为分光的主婆元件，如单色仪、光谱仪、摄谱仪等。

此外，光栅在现代光学中的应用日趋广泛，如光通信中用作光耦合器、光互连中用作互连元件、激光器中用作选频元件、光信息处理中用作编码器、调制器、滤波器等等。

全息光栅制作技术是20世纪60年代随着全息技术的发展而出现的，因其具有传统刻划光冊所不具备的一些优点而受到人们的重视.一・全息光栅制作原理全息光栅是利用全息照相技术制得的光栅。

利用激光良好的时间相I：性及空间相I：性，用分束板分成两束光，经过空间滤波和倒程望远镜的扩束，形成两束平行光,这两束有一定夹角的平行光在空间相遇形成I；涉场，I；涉的结果是一组平行的条纹一光栅.将全息I：板置于I：涉场中记录下I：涉的条纹，经显影定影处理后就制得了全息光栅。

全息光柵制作的丿泉理如图1所示:设两束光R和0均为平而波时”两个的光扰动分别如下：其中，波数心2_ （空气折射率为1）。

图1全息光栅原理图在全息感光板上的合成光强分布是；/ = |^|' + p|' + 2 R $ Q cos A [/? （cos - 1） + ,Y sin 0] （】）令Zings ❻称为空间岡频率，0（z）=炫（cos0・1）,则（1）式可写成:I =卜「+ ”「+ 2 gO Q c o s （,r + 0（z））式中的2心〈COS（0T +旅刃）为|：涉项，由此可知，全息感光版上的I：涉条纹就是余弦（正弦）光栅，只要控制好拍摄时的曝光时i可及冲洗恰当，就可以制成全息光栅。

全息光栅的制作一、实验任务设计并制作全息光栅，并测出其光栅常数，要求所制作的光栅不少于每毫米100条。

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。

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，进行不确定度计算、误差分析并做实验小结。

三、实验的基本物理原理1、光栅产生的原理光栅也称衍射光栅，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。

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，一般每毫米几十至几千条。

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。

谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。

光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果（如图1）。

图12、测量光栅常数的方法：用测量显微镜测量；用分光计，根据光栅方程d·sin =k 来测量；用衍射法测量。

激光通过光栅衍射，在较远的屏上，测出零级和一级衍射光斑的间距△x及屏到光栅的距离L，则光栅常数d= L/△x。

四、实验的具体方案及比较1、洛埃镜改进法：基本物理原理：洛埃镜的特点是一部分直射光和另一部分反射镜的反射光进行干涉，如原始光束是平行光，则可增加一全反镜，同样可做到一部分直射光和一部分镜面反射光进行干涉，从而制作全息光栅。

优点：这种方法省去了制造双缝的步骤。

缺点：光源必须十分靠近平面镜。

实验原理图：图22、杨氏双缝干涉法：基本物理原理：S1，S2为完全相同的线光源，P是屏幕上任意一点，它与S1，S2连线的中垂线交点S'相距x，与S1，S2相距为rl、r2，双缝间距离为d，双缝到屏幕的距离为L。

因双缝间距d远小于缝到屏的距离L，P点处的光程差：图3δ=r2-r1=dsinθ=dtgθ=dx/L sinθ=tgθ这是因为θ角度很小的时候，可以近似认为相等。

北京交通大学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。