全息光柵的制作實(shí)驗(yàn)報(bào)告[1]3

1、全息光柵的制作一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作全息光柵，并測(cè)出其光柵常數(shù)，要求所制作的光柵不少于每毫米100條。二、實(shí)驗(yàn)要求：1、設(shè)計(jì)三種以上制作全息光柵的方法，并進(jìn)行比較；2、設(shè)計(jì)制作全息光柵的完整步驟，拍攝出全息光柵；3、給出所制作的全息光柵的光柵常數(shù)值，進(jìn)行不確定度計(jì)算。誤差分析并作實(shí)驗(yàn)小結(jié)。三、實(shí)驗(yàn)的基本物理原理：1、光柵產(chǎn)生的原理：光柵也稱衍射光柵，是利用多縫衍射原理使光發(fā)生色散(分解為光譜)的光學(xué)元件。它是一塊刻有大量平行等寬、等距狹縫(刻線)的平面玻璃或金屬片。光柵的狹縫數(shù)量很大，一般每毫米幾十至幾千條。單色平行光通過(guò)光柵每個(gè)縫的衍射和各縫間的干涉，形成暗條紋很寬、明條紋很細(xì)的圖樣，這些

2、銳細(xì)而明亮的條紋稱作譜線。譜線的位置隨波長(zhǎng)而異，當(dāng)復(fù)色光通過(guò)光柵后，不同波長(zhǎng)的譜線在不同的位置出現(xiàn)而形成光譜。光通過(guò)光柵形成光譜是單縫衍射和多縫干涉的共同結(jié)果（如圖1）。圖12、測(cè)量光柵常數(shù)的方法：用測(cè)量顯微鏡測(cè)量；用分光計(jì)，根據(jù)光柵方程d·sin =k 來(lái)測(cè)量；用衍射法測(cè)量。激光通過(guò)光柵衍射，在較遠(yuǎn)的屏上，測(cè)出零級(jí)和一級(jí)衍射光斑的間距x及屏到光柵的距離L，則光柵常數(shù)d= L/x。四、實(shí)驗(yàn)的具體方案及比較1、洛埃鏡改進(jìn)法：基本物理原理：洛埃鏡的特點(diǎn)是一部分直射光和另一部分反射鏡的反射光進(jìn)行干涉，如原始光束是平行光，則可增加一全反鏡，同樣可做到一部分直射光和一部分鏡面反射光進(jìn)行干涉，從

3、而制作全息光柵（如圖2）。優(yōu)點(diǎn)：這種方法省去了制造雙縫的步驟。缺點(diǎn)：光源必須十分靠近平面鏡。 圖22、楊氏雙縫干涉法：，其中：為波長(zhǎng)，為雙縫到屏（全息干版）的距離，為雙縫間距，為光柵常數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：使用激光光源相干條件很容易滿足。缺點(diǎn)：所需的實(shí)驗(yàn)儀器較復(fù)雜，不易得到。3、馬赫曾德干涉儀法：基本物理原理：只要調(diào)節(jié)光路中的一面分光鏡的方位角，就可以改變透射光和反射光的夾角，從而改變干涉條紋的間距。優(yōu)點(diǎn)：這種方法對(duì)光路的精確度要求不高，實(shí)驗(yàn)效果不錯(cuò)，易于學(xué)生操作。缺點(diǎn)：這種方法對(duì)光路的精確度要求不高，實(shí)驗(yàn)可能不夠精確。實(shí)驗(yàn)原理圖：圖3五、儀器的選擇與配套綜合考慮各方面條件，本次試驗(yàn)采用馬赫曾德干涉儀法，

4、所需的實(shí)驗(yàn)儀器有He-Ne激光發(fā)射器1架、發(fā)散鏡1面、凸透鏡1面、半反半透鏡2面、全反鏡2面和白屏、光闌各一、拍攝光柵用的干片若干、架子。六、實(shí)驗(yàn)步驟（一）制作全息光柵1.打開He-Ne激光發(fā)射器，利用白屏使激光束平行于水平面。2.調(diào)節(jié)發(fā)散鏡和激光發(fā)射器的距離使激光發(fā)散。3.調(diào)節(jié)凸透鏡和發(fā)散鏡的距離使之等于凸透鏡的焦距，得到平行光。4. 調(diào)節(jié)2面半反半透鏡和2面全反鏡的位置和高度，使它們擺成一個(gè)平行四邊形（如圖5）。5.調(diào)節(jié)半反半透鏡和全反鏡上的微調(diào)旋鈕，使得到的2個(gè)光斑等高，且間距為4-6cm。6. 測(cè)出實(shí)驗(yàn)中光路的光程差l。（在實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)得的光路的光程差l=1.5cm）（二）拍攝全息光柵

5、1.擋住激光束，把干片放在架子上，讓激光束照射在干片上1-2秒，擋住激光束，把干片取下帶到暗房中。2.把干片泡在顯影液中大約10秒鐘，取出，用清水沖洗，在泡在定影液中約5分鐘。取出，沖洗后晾干。3.用激光束檢驗(yàn)沖洗好的干片，若能看見(jiàn)零級(jí)、一級(jí)的光斑，說(shuō)明此干片可以用于測(cè)定光柵常數(shù)。（三）測(cè)定所制光柵的光柵常數(shù) 圖4 數(shù)據(jù)處理： h=143.6cm r=19.0cm由公式 d=kh/r，=633nm，k=1可得：d=4784nm所以 n=106/d=209所以 在1mm中大約有209個(gè)光柵.誤差分析：馬赫曾德干涉儀法對(duì)光路的精確度要求不高，實(shí)驗(yàn)存在一定的誤差。裝置在擺放時(shí)由于并不能構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的平行

6、四邊形，激光束在射出時(shí)可能并不是非常平行，打到墻上的光圈可能并不是一束平行光，在測(cè)量時(shí)可能會(huì)存在度數(shù)的不精確，計(jì)算時(shí)的約近等等等等，這些都構(gòu)成了這個(gè)實(shí)驗(yàn)的誤差。七、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、不要正對(duì)著激光束觀察，以免損壞眼睛。2、半導(dǎo)體激光器工作電壓為直流電壓3V，應(yīng)用專用220V/3V直流電源工作(該電源可避免接通電源瞬間電感效應(yīng)產(chǎn)生高電壓的功能)，以延長(zhǎng)半導(dǎo)體激光器的工作壽命。八、實(shí)驗(yàn)總結(jié)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，原先并沒(méi)有接觸過(guò)。以前的實(shí)驗(yàn)，都是了解了書上介紹的實(shí)驗(yàn)原理后，嚴(yán)格按照書上的詳細(xì)步驟來(lái)做的，不需要自己去思考和研究太多的東西。這一次準(zhǔn)備設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，讓我鍛煉了好多方面的能力。首先，書上給出的只有簡(jiǎn)單而概

7、括的指導(dǎo)，所有的東西都要自己去查資料，去想辦法解決。連試驗(yàn)究竟是怎么回事都不知道的情況下，要先去網(wǎng)上大概了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理，然后查閱相關(guān)文獻(xiàn)，具體研究實(shí)驗(yàn)方案。尤其，這次的試驗(yàn)，需要我們自己提供三種以上的不同實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行細(xì)致比較之后選定一種。這就要求我們熟悉和掌握每種方案的原理、具體操作步驟和對(duì)應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)，逐一分析比較之后，在將自己的選定方案展開。這一系列過(guò)程要花費(fèi)大部分時(shí)間在圖書館，因?yàn)橐诤棋奈墨I(xiàn)中找到自己需要的，對(duì)于我這個(gè)還沒(méi)上完科技文獻(xiàn)檢索課的學(xué)生來(lái)說(shuō)，真的有點(diǎn)困難。我的報(bào)告中，有一部分資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，然而網(wǎng)上的東西又不完全符合我的要求，修修改改，總算弄得差不多了。其實(shí)，自己明白了原理，按照自己預(yù)先設(shè)計(jì)好的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在具體操作過(guò)程中，問(wèn)題并不大，可以說(shuō)，做讓人費(fèi)神的是預(yù)習(xí)時(shí)候的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫。現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)基本做完，感覺(jué)收獲卻是很大。以后，對(duì)于設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，也可以更熟練的進(jìn)行了。 想說(shuō)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的全部過(guò)程中，科學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度是最重要的，不可以在不明