新馬赫-曾特爾全息光路圖制作高頻全息光柵

何建瑜，趙榮濤，竺江峰

（浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000）

新馬赫-曾特爾全息光路圖制作高頻全息光柵

何建瑜，趙榮濤，竺江峰＊

（浙江海洋學(xué)院，浙江舟山 316000）

介紹了根據(jù)馬赫-曾特爾全息光路圖而改進和設(shè)計的新全息光路圖。此光路圖不僅很好地解決了原光路圖由于分束鏡Ⅱ不能使得θ角度有太大改變［1］的局限性，而且具有光路的光程差易控制、角度易調(diào)節(jié)、實驗易操作等諸多優(yōu)點。可以依據(jù)此光路來制作高頻全息光柵和相關(guān)物理量的測定。

高頻全息光柵；全息照相；干涉；光學(xué)平臺

目前全息照相和全息技術(shù)［1－3］已經(jīng)越來越受到社會的關(guān)注。各類全息光柵［4－7］研究已經(jīng)進入快速發(fā)展的時期，高頻全息光柵當然也是其中的一個重要方面。光柵作為分光元件由來已久，當前許多物理、化學(xué)、生物的新型儀器都要利用光柵作為分光系統(tǒng)的重要組成部分，測量的分辨率與靈敏度往往決定于光柵的頻率［5］。因此制作高頻的光柵就顯得尤為重要，而高頻全息光柵較普通刻制光柵具有譜線穩(wěn)定、無鬼線等諸多優(yōu)點而備受青睞。本文中著重介紹了對馬赫-曾特爾全息干涉光路圖的創(chuàng)造性改進，從而利用新的馬赫-曾特爾全息光路圖制作高頻全息光柵以及利用分光計測量自制高頻全息光柵的光柵常數(shù)。

1 實驗原理

兩束具有特定波面形狀的光束干涉，在記錄平面上形成亮暗相間的干涉條紋，用全息干板記錄干涉條紋。全息干板經(jīng)曝光、顯影、定影、烘干等處理后，就得到一個全息光柵。在一定范圍內(nèi)，兩列相同頻率的相干光波的夾角越大，制作產(chǎn)生的光柵常數(shù)也將越大。光柵常數(shù)可以依據(jù)d sinθ＝kλ計算。一般當光柵常數(shù)d足夠大，k可以取到2級以上，則可以認定為高頻光柵?；诖嗽恚鶕?jù)利用馬赫 -曾特爾全息光路圖制作低頻全息光柵的方法制作高頻全息光柵。

全息光柵的記錄光路見圖1。即新馬赫-曾特爾全息干涉光路圖，由He-Ne激光器發(fā)出的激光經(jīng)擴束鏡擴束以后，再由分束鏡Ⅰ后被分為兩束，一束經(jīng)全反射鏡I反射，直接射向全息干板 ；另一束經(jīng)全反鏡Ⅲ反射，經(jīng)過全反鏡Ⅱ射向全息干板。兩平行光束在全息干板上交疊干涉，形成平行等間距直線干涉條紋。

圖1 干涉光路圖

2 實驗儀器及實驗條件

GSZ-Ⅱ型光學(xué)平臺；He-Ne激光器；DSQ-Ⅲ型曝光定時器；擴束鏡f＝4.5 mm；準直鏡f＝16.7 cm；5∶5分束鏡；全反鏡；天津遠大感光材料公司GS-Ⅰ型全息干板；帶有旋轉(zhuǎn)微調(diào)的干板支架；KFJJY1型分光計；低壓汞燈；D-72顯影液；F-5定影液；環(huán)境溫度：10℃；白屏；索尼DSC-HX1型數(shù)碼單反相機。

3 實驗步驟

該實驗在制作過程中基本與制作低頻全息光柵一致，實際光路圖見圖2。經(jīng)過激光與擴束鏡的調(diào)節(jié)、準直鏡的調(diào)節(jié)、分束鏡以及全反鏡的調(diào)節(jié)、光柵頻率的初測、曝光時間的把握、顯影時間的控制、分光計檢驗等這幾個步驟，由于不是該文介紹的重點，這里不過多做解釋［7－8］。

圖2 制作實際光路圖

4 實驗數(shù)據(jù)與處理

經(jīng)過以上操作步驟，順利制作成高頻全息光柵。然后利用KFJJY1型分光計進行光柵常數(shù)的測定，記錄在下表2：

表2 實驗數(shù)據(jù)記錄表

由于3.2在實際中沒有意義，故只能看到第3級譜線。

5 實驗研究結(jié)論

自行設(shè)計的光路圖可以用于制作高頻全息光柵，并且測定出的光柵頻率比較大，可以達到573線／mm，在分光計中能看到第2級譜線。通過該實驗制得的高頻全息光柵在分光計中觀察到的第一級與第二級綠色譜線如圖3～4所示。但是由于實驗環(huán)境、顯影時間、作者拍攝水平等因素的影響，在分光計可以明顯的看見兩級譜線的強弱差別還是比較大的。

圖3 第一級綠色譜線

圖4 第二級綠色譜線

圖5 全反鏡Ⅲ

6 結(jié) 論

本實驗方案中的光路圖最大的優(yōu)點或者創(chuàng)新之處在于：實驗方案中巧妙地利用了全反鏡Ⅲ進行光路的疊加，如圖1、圖5所示。這樣的設(shè)計不僅有效地克服了傳統(tǒng)馬赫-曾特爾全息光路圖的夾角不能有太大改變的局限性［1］，具有創(chuàng)新性價值；而且還具有光路基本上保持矩形，光程差易控制，疊加角度易調(diào)節(jié)、實驗易操作等諸多優(yōu)點。但是本方案也存在一些缺點與不足：（1）兩級譜線的強度差別較大，這有待改進實驗方案，增強二級譜線的強度。（2）光柵頻率還有待提高，實驗方案還有待進一步優(yōu)化。（3）這個全反鏡Ⅲ到底能夠偏轉(zhuǎn)多大的角度也有待后續(xù)實驗的驗證與理論計算。

［1］ 劉香茹，陳慶東，李立本.全息光柵制作光路的比較研究［J］.大學(xué)物理實驗，2008，21（1）：20-23.

［2］ 竺江峰，蘆立娟，魯曉東.大學(xué)物理實驗［M］.北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

［3］ 張敏，郜超軍.全息照相實驗的教學(xué)探討［J］.大學(xué)物理實驗，2005，18（1）：13-14.

［4］ 張飛雁.一種新的全息光柵制作方法及像差分析［J］.寧波大學(xué)學(xué)報：理工版，2006，19（1）：95-97.

［5］ 王朝陽，戴福隆.一種制作超高頻全息光柵的新方法［J］.光學(xué)技術(shù)，1999（3）：53-55.

［6］ 柯紅衛(wèi)，楊嘉，賀秀良，等.利用邁克耳遜干涉儀干涉儀制作全息光柵［J］.物理實驗，2004，24（7）：30-31.

［7］ 周殿清，張文炳，馮輝.基礎(chǔ)物理實驗［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［8］ 何建瑜，趙榮濤，竺哲欣，等.全息光柵制作新發(fā)現(xiàn)［J］.大學(xué)物理實驗，2011，24（3）：47-50.

New Mach-Zehnder Holographic Optical Path Drawing High-frequency Holographic Grating

HE Jian-yu，ZHAO Rong-tao，ZHU Jiang-feng

（Zhejiang Ocean University，Zhejiang Zhoushan 316000）

This paper introduces according to Mach-Zehnder whose holographic optical path chart and design and improvement of new holographic optical path chart.The light path chart not only solves the former light roadmap due to divide bundle of mirrorⅡcannot make theta Angle have too big change，and the limitations of with light path optical path difference easy control，Angle easy adjustment，experiment is easy to operate，and many other advantages.We can produce high-frequency holographic gratings and determine related parameters according to this light path.

high-frequency holographic grating；holographic photographic；interference；optical platform

O348.12

A

1007-2934（2011）06-0009-03

2011-07-21

浙江海洋學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新基金資助項目

＊通訊聯(lián)系人