“分波面法”制作全息光栅的两种新光路

2023-02-16

1 前言

两束相干平行光在全息干板上相干叠加, 经适当地曝光、显影、定影后就制成了全息光栅。其光栅常数取决于两束平行光与全息干板的夹角。根据两束相干平行光产生机理的不同制作全息光栅的光路可分为两类:一种称为“分振幅法”, 该类方法是利用分束镜使一束光波一分为二;另一类称为“分波面法”, 该类方法是利用一定的仪器将一束光波的波面一分为二。全息光栅的制作通常采取“分振幅法”[1,2,3], “分振幅法”制作全息光栅光栅常数较通常较小。“分波阵面法”制作全息光栅用得很少, 文献[3]中在总结全息光栅的制作方法时曾给出一个利用凹面镜分波面的光路, 但该光路相干光仅为近平行光, 且光栅常数通常在量级, 不如“分振幅法”的典型光路好。根据分波阵面的基本思想, 本文提出杨氏双缝干涉法和菲涅尔双面镜法制作全息光栅。下面将分别给出每种光路及其特点。

2 杨氏双缝干涉法

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。本文就是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1所示, 双缝间距, 全息干板与双缝的距离。实验中要求每条缝的缝宽小于, 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。

该方法具有如下优点: (1) 光路简单、光程差小, 干涉效果好; (2) 光栅常数易于控制, 只需改变全息干板与双缝之间的距离或改变缝间距就可 () ; (3) 光栅常数大且范围广, 涵盖, 这样经简单光路放大后就可直观地观测到光栅的放大像, 直接检查所制全息光栅的质量, 如图2所示。而“分振幅法”制得的光栅通常光栅常数通常较小, 需要特殊仪器才能观察其放大像。

3 菲涅尔双面镜干涉法

菲涅尔双面镜是分波面获的相干光常用的实验仪器, 其典型光路如图3所示。图中S为缝光源, M 1、M 2为菲涅耳双面镜。其干涉条纹近似为等间距的平行直条纹, 将其进行记录便可制得全息光栅。该方法具有与杨氏双缝干涉法相似的特点, 但光路调节复杂, 需借助于测微目镜。可将光路如图4进行改变, 激光器发出的光经扩束准直后得到平行光, 然后入射到菲涅尔双面镜上, 其反射光在全息干板上进行相干叠加, 光栅常数决定于双镜的夹角。

图4光路具有以下优点: (1) 光路简单、光程差小, 干涉效果好; (2) 光栅常数易于控制, 只需调整菲涅耳双面镜的夹角即可; (3) 光栅常数较大, 通常在量级。经简单光路放大后就可直观地观测到光栅的放大像。

菲涅尔双面镜干涉法制作全息光栅的不足之处是干涉光斑面积较小, 只能制得面积较小的全息光栅。为增大全息光栅的面积, 可以在光路中去掉准直透镜, 增大菲涅耳双面镜与扩束镜之间的距离, 采用近似平行光在全息干板上相干叠加即可。实验室若没有菲涅尔双面镜, 可用两个全反镜自构一个菲涅尔双面镜, 这样两全反镜的夹角可调范围大, 从而使所制光栅的光栅常数有较大的变化范围 () 。

4 结语

文中分别给出了杨氏双缝干涉法和菲涅尔双面镜干涉法制作全息光栅的具体光路以及各自的优点, 主要得出以下几点结论:

(1) 根据“分波阵面法”制作全息光栅的基本思想, 只要能产生分波面干涉的光路都可以用来制作全息光栅, 如菲涅尔双棱镜干涉法、菲涅尔双面镜干涉法和杨氏双缝干涉法。实验证明杨氏双缝干涉法和文中改造后的菲涅尔双面镜干涉法是利用分波面思想制作全息光栅行之有效的方法。

(2) 杨氏双缝干涉法和菲涅尔双面镜干涉法制作全息光栅光路简洁、光程差小, 制作的全息光栅效果好, 且光栅常数容易控制。

(3) 杨氏双缝干涉法和菲涅尔双面镜干涉法制作的全息光栅光栅常数范围广, 且光栅常数较大, 制得的全息光栅经简单光路放大后可直观地观测到光栅的放大像, 可以直接检查所制全息光栅的质量。

摘要：根据“分波阵面法”制作全息光栅的基本思想, 提出了“分波面法”制作全息光栅的两种光路——菲涅尔双面镜干涉法和杨氏双缝干涉法, 这两种光路制得的全息光栅光栅常数较大, 经简单光路放大后就可直观地观测到光栅的放大像, 直接检查所制全息光栅的质量。实验证明杨氏双缝干涉法和文中改造后的菲涅尔双面镜干涉法是利用分波面思想制作全息光栅行之有效的方法。

关键词：全息光栅,分波面法,菲涅尔双面镜干涉法,杨氏双缝干涉法