全息光栅的制作实验报告
全息光栅实验报告
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。
利用洛埃镜制作高频全息光栅的教学拓展实验
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
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。
全息光栅实验报告
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
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 全息术
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。
全息光栅的制作(B纸张_非常完整_BJTU物理设计性实验分析方案)
杨氏双缝干涉是分波面干涉的典型实验装置。由于每条狭缝不可避免有一定的宽度，于是双缝干涉与单缝衍射总是相伴而生的。杨氏双缝干涉法利用光束通过两条缝的0级衍射光在全息干板上进行相干叠加，从而制得全息光栅。
光路如图3所示。双缝间距b，全息干板与双缝的距离D。实验要求每条缝的缝宽较小，使光束通过两条缝的0级衍射条纹较宽，在全息干板可以有较大范围的重叠，从而制得较大面积的全息光栅。同时，所得光栅的光栅常数易于控制，只需改变全息干板与双缝之间的距离D或改变缝间距b即可，因为 。
[1]刘香茹, 巩晓阳, 郝世明, 李立本.“分波面法”制作全息光栅的两种新光路[J].中国科教创新导刊,2008(5>.
[2]刘香茄,陈庆东,李立本. 全息光栅制作光路的比较研究[J]. 大学物理实验, 2008(21>.
[3] 朱庆芳, 岳筱稗. 全息光栅的实验制作与研究[J]. 新乡帅范高等专科学校学报, 2004.
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。
2)不要正对着激光束观察，以免损坏眼睛；
3)曝光时间要掌握好，曝光面切勿放反了；
4)由于有多组同学一起实验，处理干片的时候切勿将干片混淆；
5)在处理干片时注意避免光源<手机等）。
六数据与处理
1.测定所制光栅的光栅常数
将所制得的全息光栅置于激光器前，测量所成零级明条纹与一级明条纹的间距 与屏到光栅的距离 。根据干涉加强条件 ，其中 ，且夹角 较小，可以求得光栅常数 。再由 算出每毫M光栅常数。
全息光栅实验报告
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
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。
全息光栅的制作(B5纸张,非常完整版,BJTU物理设计性实验报告)
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。
全息光栅实验报告
实验名称：全息光栅的制作与测量实验日期：2023年11月X日实验地点：实验室实验目的：1. 理解全息光栅的制作原理。
2. 掌握全息光栅的制作方法。
3. 学习使用光学仪器测量光栅常数。
4. 分析实验数据，验证光栅常数。
实验原理：全息光栅是一种利用光的干涉和衍射原理制成的光学元件。
它通过记录和再现光波的振幅和相位信息，从而实现光波的精确复现。
在全息光栅的制作过程中，需要使用两束相干光束，一束作为参考光束，另一束作为物光束。
两束光束在记录介质上相遇并发生干涉，形成干涉条纹。
经过适当的曝光、显影、定影等过程，最终制成全息光栅。
实验仪器：1. 全息干板2. 半导体激光器3. 分束镜4. 扩束镜5. 反射镜6. 准直透镜7. 针孔滤波器8. 光栅常数测量显微镜9. 计算器实验步骤：1. 将全息干板固定在实验平台上，确保其表面平整。
2. 使用分束镜将激光器发出的光束分成两束，一束作为参考光束，另一束作为物光束。
3. 将扩束镜安装在参考光束的路径上，使参考光束均匀照射在全息干板上。
4. 将准直透镜安装在物光束的路径上，使物光束经过准直后照射在全息干板上。
5. 调整分束镜和准直透镜的位置，使参考光束和物光束在全息干板上相遇并发生干涉。
6. 通过针孔滤波器将全息干板上的干涉条纹聚焦到白屏上。
7. 使用光栅常数测量显微镜测量干涉条纹的间距，计算出光栅常数。
8. 对实验数据进行整理和分析。
实验结果：1. 全息光栅成功制成，干涉条纹清晰可见。
2. 通过测量干涉条纹的间距，计算出光栅常数为d=0.5mm。
数据分析与讨论：1. 光栅常数的测量结果与理论值相符，说明实验结果准确可靠。
2. 实验过程中，需要注意调整参考光束和物光束的夹角，以保证干涉条纹的清晰度。
3. 光栅常数的测量结果受测量仪器和操作者的影响，需要多次测量并取平均值。
实验结论：1. 通过本实验，掌握了全息光栅的制作原理和制作方法。
2. 学习了使用光学仪器测量光栅常数的方法。
全息光栅_实验报告
物理电子学基础实验全息光栅实验报告姓名：学号：班级：无21组号：实验报告：全息光栅一、实验数据整理(一)一维光栅的各级衍射角计算根据实验测得的数据，l=1000mm,x=71mm。
我们可以根据这两个式子求出衍射角θ。
由θ=arcsin(x4f)这里的f就是l，变量替换后，可得θ=1.0171°(二)二维光栅的衍射图样二维光栅的衍射图样如下图，呈阵列分布。
二、实验结果分析一维光栅的各级衍射角计算：在制作光栅的过程中，我们制作的光栅衍射角是1°，实际测量数据和理论值误差为1.71%。
在光学精密仪器实验中这个误差是正常的。
二位光栅的衍射图样：我们观察到的衍射图样不是很明亮清晰，可能是干板上的水还没有完全干。
三、实验总结在搭建等高共轴光路时要灵活运用可调光孔，利用这个光学器件可以在凸透镜产生平行光后仍然可以将其转化为点光源，来确定光分束镜上的两列干涉光是否重合相干。
在搭建光反射镜光分束镜光路时，要确保两路干涉光光程相等。
这样在搭建的光路的过程中就要预先让光程粗略相等。
在精调出实验要求的光路后，应该用米尺确定两路光光程是否一致，如果不一致应该调整反射镜使得光程一致后，再继续精调从而得到正确的光路。
曝光的过程中有下面几点要注意：首先，要将全息干板胶面对着干涉激光源。
其次，每次曝光前一定要将激光器设置到曝光准备状态再将干板放在干板架上，在制作二维光栅时尤其应注意这一点，第一次曝光完毕后要将全息干板取下，待激光器设置完毕后，再将干板放上。
另外，每次洗相应严格遵守洗相时间，否则会导致制作出的全息干板不可用。
全息光栅实验与光学实验密切相关，所以做好光路的调整非常重要。
尤其在光程调节的操作中要非常细致，否则就会造成较大的误差乃至实验失败。
我在实验中也在这上面犯了错误，好在经过老师的提醒及时改正，没有酿成大错。
同时，通过实验也再次告诉我实验预习的重要性：一定要将指导书上的实验原理和实验步骤搞清楚，才能在实验中少走弯路，得到符合理论值的实验结果。
全息平面光栅的制作及其参数测定
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(实验报告)
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。
制作全息光栅实验报告
一、实验目的1. 了解全息光栅的制作原理和过程；2. 掌握全息光栅的拍摄和冲洗技术；3. 测量全息光栅的光栅常数，分析误差；4. 培养实验操作能力和数据分析能力。
二、实验原理全息光栅是一种利用光的衍射和干涉原理制作的光学元件。
当单色平行光通过全息光栅时，会发生衍射和干涉，形成一系列明暗相间的条纹，这些条纹称为光栅条纹。
光栅条纹的位置与光的波长有关，不同波长的光在光栅上形成的光栅条纹位置不同，从而实现光的色散。
三、实验仪器与材料1. 实验仪器：全息干板、激光器、白屏、分光计、显微镜、照相机、显影液、定影液等；2. 实验材料：全息干板、激光光源、白屏、显影液、定影液等。
四、实验步骤1. 拍摄全息光栅（1）将全息干板放置在白屏上，调整激光器，使激光束垂直照射到全息干板上；（2）将白屏放置在激光束的对面，调整白屏与全息干板之间的距离，使激光束在白屏上形成清晰的光点；（3）打开激光器，曝光全息干板，曝光时间约为10秒；（4）关闭激光器，将全息干板放入显影液中显影，显影时间约为1分钟；（5）取出全息干板，放入定影液中定影，定影时间约为5分钟。
2. 冲洗全息干板（1）将显影后的全息干板放入清水中漂洗，去除显影液；（2）将漂洗后的全息干板放入定影液中定影，定影时间约为5分钟；（3）取出全息干板，放入清水中漂洗，去除定影液；（4）将漂洗后的全息干板晾干。
3. 测量光栅常数（1）将制作好的全息光栅放置在显微镜下，调整显微镜的焦距，使光栅条纹清晰可见；（2）使用分光计测量光栅条纹的间距，根据光栅方程d·sin k = m·λ，计算出光栅常数d。
五、实验结果与分析1. 光栅常数测量结果：d = 5.6μm；2. 误差分析：实验过程中，由于仪器精度和操作误差，光栅常数测量值存在一定的误差。
通过多次测量，取平均值，可以减小误差。
六、实验总结1. 全息光栅的制作原理和过程较为简单，但需要注意曝光时间、显影时间和定影时间的控制；2. 光栅常数的测量需要使用分光计和显微镜，操作过程中要确保仪器精度和操作规范；3. 通过本次实验，掌握了全息光栅的制作和测量方法，提高了实验操作能力和数据分析能力。
全息光栅实验报告
全息光栅实验报告全息光栅实验报告引言全息光栅是一种利用光的干涉原理来记录和再现三维图像的技术。
它具有高分辨率、大视角、真实感强等优点，被广泛应用于全息术、光学存储、光学显微镜等领域。
本次实验旨在通过制作全息光栅来了解其原理和应用。
实验步骤1. 准备实验材料首先，我们需要准备一些实验材料，包括激光器、全息光栅片、光敏材料等。
2. 制备全息光栅将光敏材料涂在全息光栅片的一侧，并在黑暗环境中等待光敏材料干燥。
3. 激光照射将激光器对准全息光栅片的光敏材料侧，以一定的角度照射。
注意保持光束的稳定和聚焦。
4. 干燥处理将照射过的全息光栅片放置在黑暗环境中，进行干燥处理。
这个步骤非常重要，它可以使光敏材料中的干涉图样固定下来。
5. 反射光栅将全息光栅片放置在光源旁边，用另一束激光照射到全息光栅片上。
观察到反射出的光束，可以看到干涉条纹的形成。
实验结果通过以上步骤，我们成功制作了一张全息光栅。
在反射光栅的实验中，我们观察到了明暗交替的干涉条纹。
这些条纹是由光的干涉效应产生的，通过调整光束的角度和波长，我们可以得到不同的干涉条纹。
讨论与分析全息光栅的原理是基于光的干涉和衍射效应。
在制备全息光栅时，光敏材料的光敏性质使其能够记录下光的干涉图样。
当激光照射到光敏材料上时，光束会与光栅的周期结构相互作用，形成干涉条纹。
通过干涉条纹的记录和再现，我们可以实现对三维图像的捕捉和显示。
全息光栅在现实生活中有着广泛的应用。
例如，在全息术中，全息光栅可以用来记录和再现真实物体的三维图像，使观察者可以从不同角度观察物体。
在光学存储领域，全息光栅可以用来储存大量的信息，并具有高密度、高速度的读写能力。
此外，全息光栅还可以应用于光学显微镜，可以提供更高的分辨率和更真实的观察效果。
结论通过本次实验，我们了解了全息光栅的制备过程和原理。
全息光栅作为一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景。
在未来的研究中，我们可以进一步探索全息光栅的性能优化和应用拓展，以满足不同领域的需求。
全息光栅的制作实验报告
全息光栅的制作电气0902张晨曦09291061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，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。
误差分析并作实验小结。
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（如图2）。
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。
图22、杨氏双缝干涉法：λ，其中：λ为波长，L为双缝到屏（全息干版）的距离，x∆为xd=L∆双缝间距，d为光栅常数。
优点：使用激光光源相干条件很容易满足。
缺点：所需的实验仪器较复杂，不易得到。
3、马赫—曾德干涉仪法：基本物理原理：只要调节光路中的一面分光镜的方位角，就可以改变透射光和反射光的夹角，从而改变干涉条纹的间距。
全息光栅实验报告文库
摘要：本实验旨在通过制作全息光栅并对其进行测量，验证光栅衍射原理，探究光栅常数与光谱分布的关系。
实验采用杨氏双缝干涉法制作全息光栅，通过实验测量得到光栅常数，并分析光栅常数对光谱分布的影响。
一、实验目的1. 熟悉全息光栅的制作方法。
2. 掌握光栅常数与光谱分布的关系。
3. 通过实验验证光栅衍射原理。
二、实验原理1. 光栅衍射原理：当一束单色光垂直照射在光栅上时，各狭缝的光线因衍射而向各方向传播，经透镜会聚相互产生干涉，并在透镜的焦平面上形成一系列明暗条纹。
2. 光栅常数与光谱分布的关系：光栅常数d与光谱分布的关系由光栅方程d·sinθ = k·λ决定，其中θ为衍射角，k为衍射级数，λ为光波长。
三、实验器材1. 全息干板2. 杨氏双缝干涉装置3. 半透膜4. 半透膜夹具5. 激光光源6. 光具座7. 移动平台8. 显微镜9. 光栅常数测量仪四、实验步骤1. 将全息干板放置在光具座上，调整激光光源使其垂直照射到全息干板上。
2. 将半透膜夹具固定在光具座上，将半透膜放置在夹具中。
3. 将杨氏双缝干涉装置固定在光具座上，调整装置使两狭缝间距与半透膜厚度相等。
4. 调整移动平台，使激光光源通过半透膜照射到杨氏双缝干涉装置上。
5. 调整显微镜，使光栅常数测量仪对准全息干板上的干涉条纹。
6. 记录光栅常数测量仪显示的光栅常数。
7. 重复实验步骤，测量不同位置的光栅常数。
五、实验数据及处理1. 记录不同位置的光栅常数。
2. 计算平均光栅常数。
3. 根据光栅方程计算不同衍射级数下的光谱分布。
六、实验结果与分析1. 光栅常数测量结果与理论值相符，说明实验装置和操作方法正确。
2. 光栅常数对光谱分布的影响：随着光栅常数的增加，光谱分布逐渐变宽，衍射级数增加。
七、实验结论1. 通过本实验，成功制作了全息光栅，并验证了光栅衍射原理。
2. 光栅常数对光谱分布有显著影响，随着光栅常数的增加，光谱分布逐渐变宽，衍射级数增加。
实验1-全息光栅制作技术
全息摄影实验指导材料实验一 全息光栅拍摄技术[实验目的]1、了解用全息干涉法制作光栅的基本原理；2、掌握全息实验光路以及光学元器件的基本调节方法；3、观察全息光栅的衍射现象，加深了解光的衍射规律；4、初步掌握卤化银乳胶干板的化学处理方法。
[实验仪器]全息防震平台（2m×1.2m ），氦氖激光器（功率大于30mW ），反射镜（若干），分束镜，扩束镜，干板架，量角器，全息干板（天津I 型卤化银乳胶板），激光功率计/照度计，电子快门，暗房设备。
[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，因而许多光学仪器中都采用光栅代替棱镜作为分光的主要元件，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、激光器用作选频元件、光信息处理用作编码器、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日趋成熟的一门技术，因其具有传统刻划光栅所不具备的一些优点而受到人们的重视。
目前，全息光栅在某些方面已经取代刻划光栅，在光栅家族中占有了一席之地。
一、原理由光的干涉原理可知，两束平行的相干光干涉，干涉场是一组明暗相间的等间隔的平面族，其周期由两束平行光的夹角和光波波长所确定。
若将全息记录干板置于该干涉场中，则干板上记录到的干涉条纹将呈等间隔的平行直线条纹，这就是全息光栅。
设两束平行光的夹角为α，光波波长为λ0，且两束平行光对于全息干板呈对称入射状态(见图1-1所示)，显然，干板记录的全息光栅的透射率应该呈余弦函数分布，称为余弦光栅。
由干涉原理可知，全息光栅周期d 由式（1-1）确定02sin 2λα=d （1-1）光栅法线全息干板α λ0 图1-1 记录全息光栅原理示意图通常还用光栅空间频率f 0表征光栅线密度特性，因而上式还可表示为002sin 2λαf = （1-2）其中，f 0 定义为d f 10= （1-3）其单位通常用“lp/mm” （lp 表示“线对”，指一条亮纹和一条暗纹构成的一个“线对”，对应光栅的一个周期）。
全息光栅的设计与制作
现代光学系列实验－－全息光栅的设计与制作
p f0" = 2lλ
θ He-Ne 激 光 器
p
H
l
全息光栅衍射花样及空间频率检测
2007年4月1日 9
现代光学系列实验－－全息光栅的设计与制作
2.复合全息光栅的制作： 搭建实验光路，采用两次曝光，第一次曝光记 录光栅条纹的空间频率 仍 定为 f0＝100 线 / mm。 然 后 ， 调 节安装 干板 架 的 二 维 大 镜座 的方 位 角 微 调 旋钮，使全息干板水平旋转一个角度ϕ之后，再进 行第二次曝 光。 本 实验要求第二次曝光记录的光 栅空间频率为f0'＝98线/mm。 两 次曝 光的全息 底片经 显影、 定 影、 漂 白等处 理后即制得复合光栅。 最 后 是 测量 复合光栅的 莫尔 条纹的空间频率， 并与设计值作比较。
2007年4月1日 1
现代光学系列实验－－全息光栅的设计与制作
1. 掌握制作正弦型和矩形全息光栅的原理和方 法。 2. 掌握制作复合光栅的原理和方法，观察莫尔 条纹。 3. 通过实验，制作一个低频全息光栅和一个复 合光栅，并观察和分析实验结果。
2007年4月1日
2
现代光学系列实验－－全息光栅的设计与制作
现代光学系列实验－－全息光栅的设计与制作
王仕璠 教授 刘 艺 副教授
2007年4月1日
0
现代光学系列实验－－全息光栅的设计与制作
全息光栅是一种重要的分光元件。它与传统的 刻痕光栅比较，具有光谱中无鬼线、杂散光少、分 辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等优 点。现在，全息光栅已广泛用于光谱仪器、θ调制技 术、集成光学中作光束分束器、耦合器和偏转器等。 在光信息处理中，它既可作为调制器用于图像相减、 边缘增强、消模糊处理等，又可作为编码器，对黑 白图片实现假彩色编码。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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，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。
误差分析并作实验小结。
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1
2、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（如图2）。
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。
图2
2、杨氏双缝干涉法：
λ，其中：λ为波长，L为双缝到屏（全息干版）的距离，x∆为双缝间距，d为=
L∆
xd
光栅常数。
优点：使用激光光源相干条件很容易满足。
缺点：所需的实验仪器较复杂，不易得到。
3、马赫—曾德干涉仪法：
基本物理原理：只要调节光路中的一面分光镜的方位角，就可以改变透射光和反射光的夹角，从而改变干涉条纹的间距。
优点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验效果不错，易于学生操作。
缺点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验可能不够精确。
实验原理图：
图3
五、仪器的选择与配套
综合考虑各方面条件，本次试验采用马赫—曾德干涉仪法，所需的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散镜1面、凸透镜1面、半反半透镜2面、全反镜2面和白屏、光阑各一、拍摄光栅用的干片若干、架子。
六、实验步骤
（一）制作全息光栅
1.打开He-Ne激光发射器，利用白屏使激光束平行于水平面。
2.调节发散镜和激光发射器的距离使激光发散。
3.调节凸透镜和发散镜的距离使之等于凸透镜的焦距，得到平行光。
4. 调节2面半反半透镜和2面全反镜的位置和高度，使它们摆成一个平行四边形（如图5）。
5.调节半反半透镜和全反镜上的微调旋钮，使得到的2个光斑等高，且间距为4-6cm。
6. 测出实验中光路的光程差△l。
（在实验中我们测得的光路的光程差△l=1.5cm）
（二）拍摄全息光栅
1.挡住激光束，把干片放在架子上，让激光束照射在干片上1-2秒，挡住激光束，把干片取下带到暗房中。
2.把干片泡在显影液中大约10秒钟，取出，用清水冲洗，在泡在定影液中约5分钟。
取出，冲洗后晾干。
3.用激光束检验冲洗好的干片，若能看见零级、一级的光斑，说明此干片可以用于测定光栅常数。
（三）测定所制光栅的光栅常数
图
数据处理：
h=143.6cm r=19.0cm
由公式d=kλh/r，λ=633nm，k=1可得：
d=4784nm
所以n=10^6/d=209
所以在1mm中大约有209个光栅.
误差分析：
马赫—曾德干涉仪法对光路的精确度要求不高，实验存在一定的误差。
装置在摆放时由于并不能构成标准的平行四边形，激光束在射出时可能并不是非常平行，打到墙上的光圈可能并不是一束平行光，在测量时可能会存在度数的不精确，计算时的约近等等等等，这些都构成了这个实验的误差。
七、实验注意事项
1、不要正对着激光束观察，以免损坏眼睛。
2、半导体激光器工作电压为直流电压3V，应用专用220V/3V直流电源工作(该电源可避免接通电源瞬间电感效应产生高电压的功能)，以延长半导体激光器的工作寿命。
八、实验总结
设计型实验，原先并没有接触过。
以前的实验，都是了解了书上介绍的实验原理后，严格按照书上的详细步骤来做的，不需要自己去思考和研究太多的东西。
这一次准备设计型实验，让我锻炼了好多方面的能力。
首先，书上给出的只有简单而概括的指导，所有的东西都要自己去查资料，去想办法解决。
连试验究竟是怎么回事都不知道的情况下，要先去网上大概了解实验内容和原理，然后查阅相关文献，具体研究实验方案。
尤其，这次的试验，需要我们自己提供三种以上的不同实验方案，进行细致比较之后选定一种。
这就要求我们熟悉和掌握每种方案的原理、具体操作步骤和对应的优点缺点，逐一分析比较之后，在将自己的选定方案展开。
这一系列过程要花费大部分时间在图书馆，因为要在浩瀚的文献中找到自己需要的，对于我这个还没上完科技文献检索课的学生来说，真的有点困难。
我的报告中，有一部分资料来源于互联网，然而网上的东西又不完全符合我的要求，修修改改，总算弄得差不多了。
其实，自己明白了原理，按照自己预先设计好的方案进行实验，在具体操作过程中，问题并不大，可以说，做让人费神的是预习时候的实验报告的书写。
现在，实验已经基本做完，感觉收获却是很大。
以后，对于设计型实验，也可以更熟练的进行了。
想说，在进行实验的全部过程中，科学和严谨的态度是最重要的，不可以在不明白的情况下进行试验，不可以在数据有问题的情况下继续试验，后期的实验数据处理，也要认真对待。
九、参考文献
1、詹卫申、丁建华物理实验教程
2、章昌奕、马宁生全息光栅的制作.
3、杨伟斌、滕坚实验室全息光栅的制作及质量评定[J].物理与工程。