光栅制作实验

全息光栅的制作及其参数测量

浏览次数：652次悬赏分：20 | 解决时间：20##-12-16 23:14 | 提问者：Dreamer成仙

请高人告诉我实验原理和方法。最好有图！！还有下列问题求助：

1.要拍摄一张优质的全息光栅要注意哪些主要环节？

2.为什么制作全息光栅的显影密度要比制作全息图像时要大，即显影后的颜色要深？显影密度的具体数值与光栅常熟的大小有什么关系？

3.拍摄全息光栅时，两束平行光的光程差大好还是小好？夹角大好还是小好？

4.评价一张全息光栅主要特性参数有哪些？

最佳答案

全息光栅的制作（实验报告）完美版

标签：光栅干片发散镜双缝白屏教育

设计性试验看似可怕，但实际操作还是比较简单的~

我的实验报告，仅供参考~

实验报告封面

全息光栅的制作

一、实验任务

设计并制作全息光栅，并测出其光栅常数，要求所制作的光栅不少于每毫米100条。

二、实验要求

1、设计三种以上制作全息光栅的方法，并进行比较。

2、设计制作全息光栅的完整步骤（包括拍摄和冲洗中的参数及注意事项），拍摄出全息光栅。

3、给出所制作的全息光栅的光栅常数值，进行不确定度计算、误差分析并做实验小结。

三、实验的基本物理原理

1、光栅产生的原理

光栅也称衍射光栅，是利用多缝衍射原理使光发生色散(分解为光谱)的光学元件。它是一块刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线)的平面玻璃或金属片。光栅的狭缝数量很大，一般每毫米几十至几千条。单色平行光通过光栅每个缝的衍射和各缝间的干涉，形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置随波长而异，当复色光通过光栅后，不同波长的谱线在不同的位置出现而形成光谱。光通过光栅形成光谱是单缝衍射和多缝干涉的共同结果（如图1）。

图1

2、测量光栅常数的方法：

用测量显微镜测量；

用分光计，根据光栅方程d·sin =k 来测量；

用衍射法测量。激光通过光栅衍射，在较远的屏上，测出零级和一级衍射光斑的间距△x及屏到光栅的距离L，则光栅常数d= L/△x。

四、实验的具体方案及比较

1、洛埃镜改进法：

基本物理原理：洛埃镜的特点是一部分直射光和另一部分反射镜的反射光进行干涉，如原始光束是平行光，则可增加一全反镜，同样可做到一部分直射光和一部分镜面反射光进行干涉，从而制作全息光栅。

优点：这种方法省去了制造双缝的步骤。

缺点：光源必须十分靠近平面镜。

实验原理图：

图2

2、杨氏双缝干涉法：

基本物理原理：S1，S2为完全相同的线光源，P是屏幕上任意一点，它与S1，S2连线的中垂线交点S'相距x，与S1，S2相距为rl、r2，双缝间距离为d，双缝到屏幕的距离为L。

因双缝间距d远小于缝到屏的距离L，P点处的光程差：

图3

δ=r2-r1=dsinθ=dtgθ=dx/L sinθ=tgθ

这是因为θ角度很小的时候，可以近似认为相等。

干涉明条纹的位置可由干涉极大条件δ=kλ得：

x=(L/d)kλ,

干涉暗条纹位置可由干涉极小条件δ=(k+1/2)λ得：

x=(D/d)(k+1/2)λ

明条纹之间、暗条纹之间距都是

Δx =λ(D/d)

因此干涉条纹是等距离分布的。

而且注意上面的公式都有波长参数在里面，波长越长，相差越大。

条纹形状：为一组与狭缝平行、等间隔的直线（干涉条纹特点）d= L/△x

优点：使用激光光源相干条件很容易满足。

缺点：所需的实验仪器较复杂，不易得到。

实验原理图：

图4

3、马赫—曾德干涉仪法：

基本物理原理：只要调节光路中的一面分光镜的方位角，就可以改变透射光和反射光的夹角，从而改变干涉条纹的间距。

优点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验效果不错，易于学生操作。

缺点：这种方法对光路的精确度要求不高，实验可能不够精确。

实验原理图：

图5

五、仪器的选择与配套

综合考虑各方面条件，本次试验采用马赫—曾德干涉仪法，所需的实验仪器有He-Ne激光发射器1架、发散镜1面、凸透镜1面、半反半透镜2面、全反镜2面和白屏、光阑各一、拍摄光栅用的干片若干、架子。

六、实验步骤

（一）制作全息光栅

1.打开He-Ne激光发射器，利用白屏使激光束平行于水平面。

2.调节发散镜和激光发射器的距离使激光发散。

3.调节凸透镜和发散镜的距离使之等于凸透镜的焦距，得到平行光。

4. 调节2面半反半透镜和2面全反镜的位置和高度，使它们摆成一个平行四边形（如图5）。

5.调节半反半透镜和全反镜上的微调旋钮，使得到的2个光斑等高，且间距为4-6cm。

6. 测出实验中光路的光程差△l。

（在实验中我们测得的光路的光程差△l=1.5cm）

（二）拍摄全息光栅

1.挡住激光束，把干片放在架子上，让激光束照射在干片上1-2秒，挡住激光束，把干片取下带到暗房中。

2.把干片泡在显影液中适当的时间（时间长度由显影液的浓度决定），取出，用清水冲洗，在泡在定影液中约5分钟。取出，冲洗后晾干。

3.用激光束检验冲洗好的干片，若能看见零级、一级的光斑，说明此干片可以用于测定光栅常数。

（三）测定所制光栅的光栅常数

实际图：

此图参照老师所给实验内容报告上的图来画

图6

原始数据表：

r（cm）

23.81

24.12

23.93

24.24

23.65

23.66

h（cm）

144.36

144.65

143.84

144.03

144.52

144.11

计算过程：

七、实验注意事项

1、不要正对着激光束观察，以免损坏眼睛。

2、半导体激光器工作电压为直流电压3V，应用专用220V/3V直流电源工作(该电源可避免接通电源瞬间电感效应产生高电压的功能)，以延长半导体激光器的工作寿命。

八、实验总结

设计型实验，原先并没有接触过。以前的实验，都是了解了书上介绍的实验原理后，严格按照书上的详细步骤来做的，不需要自己去思考和研究太多的东西。这一次准备设计型实验，让我锻炼了好多方面的能力。首先，书上给出的只有简单而概括的指导，所有的东西都要自己去查资料，去想办法解决。连试验究竟是怎么回事都不知道的情况下，要先去网上大概了解实验内容和原理，然后查阅相关文献，具体研究实验方案。尤其，这次的试验，需要我们自己提供三种以上的不同实验方案，进行细致比较之后选定一种。这就要求我们熟悉和掌握每种方案的原理、具体操作步骤和对应的优点缺点，逐一分析比较之后，在将自己的选定方案展开。这一系列过程要花费大部分时间在图书馆，因为要在浩瀚的文献中找到自己需要的，对于我这个还没上完科技文献检索课的学生来说，真的有点困难。我的报告中，有一部分资料来源于互联网，然而网上的东西又不完全符合我的要求，修修改改，总算弄得差不多了。其实，自己明白了原理，按照自己预先设计好的方案进行实验，在具体操作过程中，问题并不大，可以说，做让人费神的是预习时候的实验报告的书写。现在，实验已经基本做完，感觉收获却是很大。以后，对于设计型实验，也可以更熟练的进行了。

想说，在进行实验的全部过程中，科学和严谨的态度是最重要的，不可以在不明白的情况下进行试验，不可以在数据有问题的情况下继续试验，后期的实验数据处理，也要认真对待

第二篇：超声光栅实验

仪器使用说明

TEACHER'S GUIDEBOOK

FD-UG-A

超声光栅实验仪

中国.上海复旦天欣科教仪器有限公司

Shanghai Fudan Tianxin Scientific_Education Instruments Co.,Ltd.

FD-UG-A超声光栅实验仪使用说明

一、概述

光波在液体介质中传播时被超声波衍射的现象，称为超声致光衍射（亦称声光效应），这种现象是光波与介质中声波相互作用的结果。超声波调制了液体的密度，使原来均匀透明的液体，变成折射率周期变化的“超声光栅”，当光束穿过时，就会产生衍射现象，由此可以准确测量声波在液体中的传播速度。并且，由于激光技术和超声技术的发展，使声光效应得到了广泛的应用。如制成声光调制器和偏转器，可以快速而有效地控制激光束的频率、强度和方向，它在激光技术、光信号处理和集成通讯技术等方面有着非常重要的应用。

由上海复旦天欣科教仪器有限公司生产的FD-UG-A型超声光栅实验仪改变了以往超声光栅在分光仪上完成的传统，将平行光管和望远镜中的各个光学元件独立的放置在光学导轨上，让学生自主调节，这样增加了学生动手能力方面的锻炼，并且将可调狭缝改为光刻狭缝，这样观察到的衍射光谱更加锐细明亮，测量更加准确。

该仪器测量准确度高，实验稳定可靠，适用于高等院校基础物理实验以及近代物理实验。

二、仪器简介

图1 超声光栅仪器装置

三、技术指标

1．超声信号源共振频率约10.000MHz左右，分辨率0.001MHz

2．光刻狭缝缝宽：0.04mm，缝长：6mm

3．透镜通光孔径：28mm，透镜焦距：157mm

4．超声池长度：80mm，宽度：40mm，高度：59mm

5．测微目镜测量范围：0－8mm，分辨率：0.01mm

6．光学导轨长度：650mm，长度测量分辨率：1mm

四、实验项目

1．了解声光效应的实验原理。

2．学习利用声光效应测量液体中的声速。

3．学习光路准直的调节以及读数显微镜的使用方法

五、注意事项

1. 液槽置于载物台上必须稳定，在实验过程中应避免震动，以使超声在液槽内形成稳定的驻波。导线分布电容的变化会对输出信号频率有影响，因此不能触碰连接液槽和信号源的导线。

2. 压电陶瓷片表面与对面的液槽壁表面必须平行，此时才会形成较好的驻波，因此实验时应将液槽的上盖盖平。

3. 压电陶瓷片的共振频率在10MHz左右，在稳定共振时，数字频率计显示的频率应是稳定的，最多只有最末尾有1–2个单位数的变动。

4. 实验时间不宜过长，因为声波在液体中的传播与液体温度有关，时间过长，液体温度可能有变化。实验时，特别注意不要使频率长时间调在10MHz以上，以免振荡线路过热。

5. 提取液槽应拿两端面，不要触摸两侧表面通光部位，以免污染，如已有污染，可用酒精清洗干净，或用镜头纸擦净。

6. 实验时液槽中会产生一定的热量，并导致媒质挥发，槽壁可见挥发气体凝聚，一般不影响实验结果，但须注意若液面下降太多致使压电陶瓷片外露时，应及时补充液体至正常液面线处。

7. 实验完毕应将被测液体倒出，不要将压电陶瓷片长时间浸泡在液槽内。

8. 传声媒介在含有杂质时对测量结果影响较大，建议使用纯净水（市售饮用纯净水即可）、分析纯酒精、甘油等，对某些有毒副作用的媒质（如苯等），不建议学生实验使用，教师教学或科研需要时，应注意安全。

9. 仪器长时间不用时，请将测微目镜收于原装小木箱中并放置干燥剂。液槽应清洗干净，自然晾干后，妥善放置，不可让灰尘等污物侵入。

超声光栅实验

【实验目的】

1．了解超声致光衍射的原理。

2．利用声光效应测量声波在液体中的传播速度。

【实验原理】

压电陶瓷片（PZT）在高频信号源（频率约10MHz）所产生的的交变电场的作用下，发生周期性的压缩和伸长振动，其在液体中的传播就形成超声波，当一束平面超声波在液体中传播时，其声压使液体分子作周期性变化，液体的局部就会产生周期性的膨胀与压缩，这使得液体的密度在波传播方向上形成周期性分布，促使液体的折射率也做同样分布，形成了所谓疏密波，这种疏密波所形成的密度分布层次结构，就是超声场的图象，此时若有平行光沿垂直于超声波传播方向通过液体时，平行光会被衍射。以上超声场在液体中形成的密度分布层次结构是以行波运动的，为了使实验条件易实现，衍射现象易于稳定观察，实验中是在有限尺寸液槽内形成稳定驻波条件下进行观察，由于驻波振幅可以达到行波振幅的两倍，这样就加剧了液体疏密变化的程度。驻波形成以后，某一时刻t，驻波某一节点两边的质点涌向该节点，使该节点附近成为质点密集区，在半个周期以后，t+T/2，这个节点两边的质点又向左右扩散，使该波节附近成为质点稀疏区，而相邻的两波节附近成为质点密集区。

图1

图1 为在t和t+T/2（T为超声振动周期）两时刻振幅y、液体疏密分布和折射率n的变化分析。由图1可见，超声光栅的性质是，在某一时刻t，相邻两个密集区域的距离为，为液体中传播的行波的波长，而在半个周期以后，t+T/2。所有这样区域的位置整个漂移了一个距离/2，而在其它时刻，波的现象则完全消失，液体的密度处于均匀状态。超声场形成的层次结构消失，在视觉上是观察不到的，当光线通过超声场时，观察驻波场的结果是，波节为暗条纹（不透光），波腹为亮条纹（透光）。明暗条纹的间距为声波波长的一半，即为λ/2。由此我们对由超声场的层次结构所形成的超声光栅性质有了了解。当平行光通过超声光栅时，光线衍射的主极大位置由光栅方程决定。