新马赫-曾特尔全息光路图制作高频全息光栅

何建瑜，赵荣涛，竺江峰

（浙江海洋学院，浙江舟山 316000）

新马赫-曾特尔全息光路图制作高频全息光栅

何建瑜，赵荣涛，竺江峰＊

（浙江海洋学院，浙江舟山 316000）

介绍了根据马赫-曾特尔全息光路图而改进和设计的新全息光路图。此光路图不仅很好地解决了原光路图由于分束镜Ⅱ不能使得θ角度有太大改变［1］的局限性，而且具有光路的光程差易控制、角度易调节、实验易操作等诸多优点。可以依据此光路来制作高频全息光栅和相关物理量的测定。

高频全息光栅；全息照相；干涉；光学平台

目前全息照相和全息技术［1－3］已经越来越受到社会的关注。各类全息光栅［4－7］研究已经进入快速发展的时期，高频全息光栅当然也是其中的一个重要方面。光栅作为分光元件由来已久，当前许多物理、化学、生物的新型仪器都要利用光栅作为分光系统的重要组成部分，测量的分辨率与灵敏度往往决定于光栅的频率［5］。因此制作高频的光栅就显得尤为重要，而高频全息光栅较普通刻制光栅具有谱线稳定、无鬼线等诸多优点而备受青睐。本文中着重介绍了对马赫-曾特尔全息干涉光路图的创造性改进，从而利用新的马赫-曾特尔全息光路图制作高频全息光栅以及利用分光计测量自制高频全息光栅的光栅常数。

1 实验原理

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，用全息干板记录干涉条纹。全息干板经曝光、显影、定影、烘干等处理后，就得到一个全息光栅。在一定范围内，两列相同频率的相干光波的夹角越大，制作产生的光栅常数也将越大。光栅常数可以依据d sinθ＝kλ计算。一般当光栅常数d足够大，k可以取到2级以上，则可以认定为高频光栅。基于此原理，根据利用马赫 -曾特尔全息光路图制作低频全息光栅的方法制作高频全息光栅。

全息光栅的记录光路见图1。即新马赫-曾特尔全息干涉光路图，由He-Ne激光器发出的激光经扩束镜扩束以后，再由分束镜Ⅰ后被分为两束，一束经全反射镜I反射，直接射向全息干板 ；另一束经全反镜Ⅲ反射，经过全反镜Ⅱ射向全息干板。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等间距直线干涉条纹。

图1 干涉光路图

2 实验仪器及实验条件

GSZ-Ⅱ型光学平台；He-Ne激光器；DSQ-Ⅲ型曝光定时器；扩束镜f＝4.5 mm；准直镜f＝16.7 cm；5∶5分束镜；全反镜；天津远大感光材料公司GS-Ⅰ型全息干板；带有旋转微调的干板支架；KFJJY1型分光计；低压汞灯；D-72显影液；F-5定影液；环境温度：10℃；白屏；索尼DSC-HX1型数码单反相机。

3 实验步骤

该实验在制作过程中基本与制作低频全息光栅一致，实际光路图见图2。经过激光与扩束镜的调节、准直镜的调节、分束镜以及全反镜的调节、光栅频率的初测、曝光时间的把握、显影时间的控制、分光计检验等这几个步骤，由于不是该文介绍的重点，这里不过多做解释［7－8］。

图2 制作实际光路图

4 实验数据与处理

经过以上操作步骤，顺利制作成高频全息光栅。然后利用KFJJY1型分光计进行光栅常数的测定，记录在下表2：

表2 实验数据记录表

由于3.2在实际中没有意义，故只能看到第3级谱线。

5 实验研究结论

自行设计的光路图可以用于制作高频全息光栅，并且测定出的光栅频率比较大，可以达到573线／mm，在分光计中能看到第2级谱线。通过该实验制得的高频全息光栅在分光计中观察到的第一级与第二级绿色谱线如图3～4所示。但是由于实验环境、显影时间、作者拍摄水平等因素的影响，在分光计可以明显的看见两级谱线的强弱差别还是比较大的。

图3 第一级绿色谱线

图4 第二级绿色谱线

图5 全反镜Ⅲ

6 结 论

本实验方案中的光路图最大的优点或者创新之处在于：实验方案中巧妙地利用了全反镜Ⅲ进行光路的叠加，如图1、图5所示。这样的设计不仅有效地克服了传统马赫-曾特尔全息光路图的夹角不能有太大改变的局限性［1］，具有创新性价值；而且还具有光路基本上保持矩形，光程差易控制，叠加角度易调节、实验易操作等诸多优点。但是本方案也存在一些缺点与不足：（1）两级谱线的强度差别较大，这有待改进实验方案，增强二级谱线的强度。（2）光栅频率还有待提高，实验方案还有待进一步优化。（3）这个全反镜Ⅲ到底能够偏转多大的角度也有待后续实验的验证与理论计算。

［1］ 刘香茹，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（1）：20-23.

［2］ 竺江峰，芦立娟，鲁晓东.大学物理实验［M］.北京：中国科学技术出版社，2007.

［3］ 张敏，郜超军.全息照相实验的教学探讨［J］.大学物理实验，2005，18（1）：13-14.

［4］ 张飞雁.一种新的全息光栅制作方法及像差分析［J］.宁波大学学报：理工版，2006，19（1）：95-97.

［5］ 王朝阳，戴福隆.一种制作超高频全息光栅的新方法［J］.光学技术，1999（3）：53-55.

［6］ 柯红卫，杨嘉，贺秀良，等.利用迈克耳逊干涉仪干涉仪制作全息光栅［J］.物理实验，2004，24（7）：30-31.

［7］ 周殿清，张文炳，冯辉.基础物理实验［M］.北京：科学出版社，2009.

［8］ 何建瑜，赵荣涛，竺哲欣，等.全息光栅制作新发现［J］.大学物理实验，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

浙江海洋学院大学生科技创新基金资助项目

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