分振幅法制作全息光栅实验的改进

分振幅法制作全息光栅实验的改进第7卷第6期 2007年 11月潍坊学院学报 Journal of Weifang University Vo1．7 No．6 NOV．2Oo7 分振幅法制作全息光栅实验的改进仲明礼 (潍坊学院，山东潍坊 261061) 摘要：分析用传统光路制作全息光栅质量不高的原因。提出了全息光栅的拍摄光路改进方法，讨论了实验中的几个关键问题。关键词：全息光栅；平面光波；干涉；光路中图分类号：0438．1 文献标识码：A 文章编号：1671—4288(2007)06—0...

第7卷第6期 2007年 11月潍坊学院学报 Journal of Weifang University Vo1．7 No．6 NOV．2Oo7 分振幅法制作全息光栅实验的改进仲明礼 (潍坊学院，山东潍坊 261061) 摘要：分析用传统光路制作全息光栅质量不高的原因。提出了全息光栅的拍摄光路改进方法，讨论了实验中的几个关键问题。关键词：全息光栅；平面光波；干涉；光路中图分类号：0438．1 文献标识码：A 文章编号：1671—4288(2007)06—0106—02 1 引言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。在现代光学中光栅的应用日趋广泛，如光通信中的光耦合器、光互连中的互连元件、激光器的选频元件、光信息处理的编码器、调制器、滤波器等等。全息光栅与刻痕光栅相比有着更多的优点，如无鬼线、杂散光少、分辨率高等，因此，全息术成了制作光栅的首选方法。全息光栅制作是将两束有一定夹角的相干平行光，在他们的相干长度范围内相遇，产生出稳定的干涉条纹，将干涉条纹记录在全息干板上，经显影、定影等处理后即得到全息光栅。 2 光路的改进在全息光栅制作过程中，干涉条纹的全息记录是最重要的环节，而光路的设计是这一环节中的关键。 2．1 改进前的光路分析分振幅法制作全息光栅实验常用光路，如图 1 所示 H 图 1 分振幅法制作全息光栅常用光路在图 1所示光路中，激光束投射到分光镜 BS 上，被分为光强相等的两束光，即透射光和反射光。它们分别经全反镜 M 、M 反射，再经 L 、L1和 L 、L4 两套相同的扩束、准直系统，形成两束准平面波，并以0角交汇在全息干版 H上。图 1所示光路主要存在以下不足： (1)两束准直平面光波的波前平行度的一致性较难把握，光路调整过程中很容易出现偏差，波前平行度的不一致会直接影响干涉条纹的直线性，因而影响光栅条纹的直线性，使光栅的衍射波前变形，降低光栅的分辨率。两束会聚光产生的干涉条纹形状为回转双曲面；两束发散光产生的干涉条纹形状也是回转双曲面；而一束发散光和一束会聚光所产生的干涉条纹形状为一族回转椭球面形 J。 (2)两套扩束、准直系统很难实现同时与各自激光束都严格共轴，如果扩束、准直系统与激光束不是严格共轴，产生的平面光波会出现波前位相差，同时产生光强不均匀。这同样会影响光栅质量。图2 改进后的分振幅法制作全息光栅光路 (3)组成两套扩束、准直系统的光学透镜性能完全相同也是很难实现。由于光学透镜加工过程中的个体差异会直接导致两套扩束、准直系统的光学收稿日期：2007—04—16 作者简介：仲明礼(1961一)，男，山东寒亭人，潍坊学院物理与电子科学系副教授。一 106 — 维普资讯 http://www.cqvip.com 第6期仲明礼：分振幅法制作全息光栅实验的改进性能出现偏差。 (4)由于两套扩束、准直系统的存在，使得 M 、 M，无法靠得很近，0角相对来说较大，导致光栅常数较小，使曝光记录过程中容易出现条纹模糊的光栅。 2．2 改进后的光路改进后的分振幅法制作全息光栅光路，如图 2 所示在图2所示的光路中，激光束先经过 L 、L 的扩束、准直，形成一束准平行光投射到分光镜Bs上，被分为光强相等的两束光，即透射光和反射光。它们分别再经过全反镜 M 、M 反射，并以0角交汇在全息干版 H上。这使得原来两套扩束、准直系统变成了一套，为光路调整带来了很大的方便。只要调整 L 、L 与激光束严格共轴便可基本上完成光路系统的共轴问题；同时解决了因两套扩束、准直系统的光学性能不一致引起的偏差；在一定程度上解决了 M 、M 无法靠得很近，0角相对较大的问题。 3 几个相关问题讨论 3．1 光路中光学器件质量直接影响光栅的质量，特别是扩束镜、准直镜的选取，对保证平面波的光强均匀和无附加相位至关重要，因此其品质越好对光栅制作越有利。根据实验室的条件，扩束镜可选取显微镜 10倍目镜，准直镜可选用高质量的长焦距照相机镜头，或者制作一个吸收滤光镜_3 作为准直镜。 3．2 调整扩束、准直系统应注意，既要做到扩束镜、准直镜与激光束严格共轴，还要做到扩束、准直系统出射光是准平行光。 3．3 当波长为的两束平行光以夹角 0相干叠加时，在其干涉场形成干涉条纹，相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期 d(称为光栅常数)。根据双光束干涉可知： d= 从公式中可以看出，当光波波长一定时，设定了两束平行光的夹角 0即是设定了光栅的空间周期。夹角 0的设定应当是在光路中没有放置扩束镜和准直镜的情况下，单纯一束激光经分束、平面镜反射，到达 H位置，根据几何关系来确定。 3．4通过合理的曝光及正确的显影、停影、定影、水洗过程，实现线性记录。参考文献： [1]王仕瑶．信息光学理论与应用[M]．北京：北京邮电大学出版社，2003． [2]陈家璧，苏显渝．光学信息技术原理及应用[M]．北京：高等教育出版社，2001． [3]黄德康，曹望和，朱茂华，等．高质量全患光栅的制作[J]．光学技术，2002，28(3)：255—256． [4]赵鹏飞，邱大庸．制作全息光栅与测定氦氖激光波长[J]．中山大学学报论丛，2002，22(I)：213—215 The Improvement of the Experimental Facilities forMaking of holographic gratings ZHONG Ming—li (Weifang University，Weifang 261061，China) Abstract：In this paper ， the cause of the lower quality in mading the holographic grating using the traditional optical path is analysised and a new approach of shooting optical path is given to improve the quality of holograph— ic grating．Some key problems in this experiment are also discussed ． Keywords：holographic grating，plane wave，interference，optical path + (责任编辑：刘乃生) ．．． — — 107 —．——— 维普资讯 http://www.cqvip.com

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