光栅的制作方法
光栅的制作方法
一般说来，任何一种具有空间周期性的衍屏的光学元件都可以称为光栅，如果在一块镀铝的光学玻璃毛胚上刻划一系列等宽，等距而平行的狭缝就是透射光栅。如在一块镀铝的光学玻璃毛胚上刻出一系列剖面结构象锯齿形状，等距而平行的刻线这就是一块反射光栅。
现代光栅是一系列刻划在铝膜上的平行性很好的划痕的总和，为了加强铝膜与玻璃板的结构的结合力，在它们之间镀一层铬膜或钛膜。在光学光谱区采用光栅刻划密度为0. 5—2400条／毫米。目前大量采用的600条／毫米，1200条／毫米，2400条／毫米。
为了保持划痕间距d无变化，因此对衍射光栅的刻划条件要求很严。经验证明，对光栅刻划室的温度要求保持0．01—0．0313变化范围，光栅刻划机工作台的水平振动不超过1—3微米，光栅刻划室应该清洁，要避免通风带来的灰尘，光栅刻划室的相对湿度不应超过60—70％。光栅毛胚大多应有学玻璃和熔融石英研磨制成，毛胚应该加工得很好，其表面形状和局部误差要求甚严。任何表面误差将使衍射光束的波前发生变形，从而影响成象质量和强度分布。为了提高真空紫外区反射率，铝膜上还镀上一层氟化镁。
制造光栅的方法有机械刻划，光电刻划，复制方法和全息照相刻划四种。机械刻划是古老方法，但可靠，间隙刻划技术比较成熟。但要刻划一块100X100mm 的光栅(刻划机的刻划速度为15—25条／分)计算须要4个昼夜。因此要求机器、环境在长时间内保持精确恒定不变。
光电刻划就是利用光电控制的方法可以在某种程度上排除光栅刻划过程中机械变动和环境条件改变所产生的各种刻划误差。它一方面提高了光栅刻划质量，另方面也能在一定程度上简化机械结构、降低个别零件的精度和对周围环境的要求。光栅复制光栅刻划时间长和效率低，因此成本很高，不能满足光谱仪器的需求。目前复制法有二种：一次复制法就是真空镀膜法。二次复制法是明胶复制法。一次复制法是一次制成，而二次复制法是先复制母光栅的划痕，然后用该划痕印划在毛胚的明胶上。二次复制的工艺比较烦琐，但需要设备和条件都比较简单，明胶法复制光栅质量是比母光栅差些。
还有刻制光栅的方法叫全息照相刻划法，其原理如下：二束相干光重叠会产生干涉条纹，其间距为。D=λ/2sinα其中入为光束波长，α为两束光干涉前的夹角。如图示激光的射出的相干光束，通过发散物镜O和针孔S，再经抛物镜P反射后落人两块平面反射镜P1和P2。由于平面镜P1和P2的反射使已分离的两束光成交于E面，其交角为2α。这两束光是相干的所以在正面产生干涉条纹，条纹的间距d。若在面上放置一块予先涂上抗光蚀层的毛胚，则在蚀层获得干涉条纹的空间潜象，经显影后则在毛胚上获得干涉条纹的立体象(全息象)，这就是透射衍射光栅。镀反射膜后可成为反射式衍射光栅。光栅的质量与膜层厚度同光
栅常数之比例有关，与光栅毛胚的法线和两相干光束干涉前夹角的等分线是否一致有关，并与显影和曝光时间有关。
全息照相刻制具有以下优点①改变激光器的波长，可以制造整个光谱区所需要的光栅。②全息照相刻划原则上无尺寸限制可制大光栅。③可制造平面和凹面光栅。④生产效率高、成本低，促使全息照相刻划光栅获得迅速的发展。
全息光栅
1、把全部器件按顺序摆放在平台上，点燃激光器，调节激光器输出的光束与平台面平行，并调节各光学元件表面与激光束的主光线垂直。
2、调节分出的两光束，使其到达P(此时的P可用白屏代替)时的光程差相等.
3、根据光栅常数求出θ角的大小。
4、根据所求出的θ角，调节好θ角的大小。、
5、用全息干板替换白屏，干板安装在干板架上被夹持应稳固不摇晃；稳定1分钟后对全息干版曝光2—3秒钟，曝光过程中应保证全息防震台稳定，室内空气平稳，无大的气流运动；干板应严格避光操作，待定影结束后才可见光。
6、全息干板的处理
对曝光后的干板进行化学处理，应严格按常规的暗室操作规则进行，具体处理步骤如下：
（1）、在D--19 显影液中显影，温度200C，时间2分钟左右；
（2）、清水中轻涮一遍；
（3）、用 F--5 定影液定影，时间5-10分钟；
（4）、流水冲洗20分钟以上；
（5）、自然晾干或吹干；
（6）、为了提高全息光栅的衍射效率，后处理过程可增加“漂白”过程，使全息光栅由振幅型转化为位相型，此过程可在4、5两步之间进行。漂白液为铁氰化钾溶液。
7、观察全息光栅的花样：用激光细束直接照射到所拍的全息光栅上，在光栅后面的白屏上观察到奇数个亮点。中间是0级，对称分布在0级两侧的分别是±1级、±2级、……。当用白光作为光源来照射全息光栅时，光栅能按波长大小把光分开，波长短的光衍射角小，如让光栅的衍射光通过透镜，在透镜的后焦面上可得到按波长大小排列的单色线条，这就是光栅光谱。
光纤光栅
光纤光栅制作方法，其特征在于，所述方法依次含有以下步骤：
步骤１：按照下述设定参数设计一个具有下述反射特性和群时延特性的取样光栅：反射率曲线：Ｒ（λ）＝ｅ／＊ｅｘｐ［－（λ－λ↓［０］／Ｂ／２）↑［２ｍ］］，群时延曲线：τ（λ）＝ａ（λ－λ↓［０］）↑［２］＋
ｂ（λ－λ↓［０］）＋ｃ，其中：Ｒ（λ）为光栅的反射率，
λ为光波波长，
λ↓［０］为中心波长，
设λ↓［０］＝１５５３．５ｎｍ，Ｂ为该光栅反射谱的３ｄＢ带宽，设Ｂ＝２ｎｍ，τ（λ）为该光栅的群时延，ａ，ｂ，ｃ为设计调谐参数，
设ａ＝－１００ｐｓ／ｎｍ↑［２］，ｂ＝－３００ｐｓ／ｎｍ，ｃ＝９００ｐｓ，ｍ＝４；
步骤２：根据步骤１的设计参数，按以下设定参数，用计算机计算该取样光纤光栅的折射率调制函数△ｎ（ｚ）：
△ｎ（ｚ）＝Ａｃ（ｚ）ｅｘｐ（－ｊ２πｚ／Λ↓［０］），
其中，ｚ为该取样光栅沿轴向的坐标，
Λ↓［０］为该取样光栅的折射率调制周期：
Λ↓［０］＝λ↓［０］／２ｎ，
ｎ为该取样光纤光栅的平均折射率，
函数Ａｃ（ｚ）为该取样光栅的交流折射率调制函数，由计算机按以下公式计算得出：
Ａｃ（ｚ）＝ｊ２ｎΛ↓［０］／π∫↓［０］↑［ｌ］Ｒ（λ）ｅｘｐ［－ｊθ］·ｅｘｐ［ｊ２σｚ］ｄσ，其中，θ＝∫↓［０］↑［λ］２π／λ↓［０］↑［２］τ（λ′）ｄλ′，０≤λ′≤λ，＝２ｎπ／λ－π／Λ↓［０］，
ｌ为该取样光栅的长度，
函数Ａｃ（ｚ）的复指数形式为：
Ａｃ（ｚ）＝Ａ（ｚ）ｅｘｐ［ｊυ（ｚ）］；
步骤３：利用步骤２得到的折射率调制函数，按下式确定各取样点的位置ｚ［ｋ］：ｚ↓［ｋ］／Ｐ－υ（ｚ↓［ｋ］）／２π＝ｋ，
其中，Ｐ为采样参数，取Ｐ＝０．１２ｍｍ；
ｋ表示该取样光栅的第ｋ个取样点，ｋ＝１，２，３，…；
再按下式计算出各取样点的曝光时间Ｔ↓［ｋ］：
Ｔ↓［ｋ］＝Ｔ↓［ｍａｘ］·Ａ（ｚ↓［ｋ］）／ｍａｘ｛Ａ（ｚ↓［ｋ］）｝其中，Ｔ↓［ｍ
ａｘ］为取样点的最大曝光时间，取Ｔ↓［ｍａｘ］＝１００秒；ｍ
ａｘ｛Ａ（ｚ↓［ｋ］）｝表示所有取样点ｚ↓［ｋ］的折射率调制幅
值Ａ（ｚ↓［ｋ］）中的的最大值；
步骤４：按以下步骤，制作所述４０Ｇｂ／ｓ光通信系统用的非线性啁啾光纤光栅：
步骤４．１：把普通光纤进行载氢处理并剥去一段涂覆层；
步骤４．２：把步骤４．１中得到的光纤固定在均匀模板后，使之贴近；
步骤４．３：调整激光器输出为５０ｍＷ的光功率；
步骤４．４：调整光路，使经扫描反射镜反射的光斑照射在光纤纤芯上；
步骤４．５：打开微机的扫描移动平台和激光器控制程序，根据步骤３的计算结果，设定输入以下参数：曝光点位置：ｚ↓［ｋ］／Ｐ－υ（ｚ↓［ｋ］）／２π
＝ｋ；曝光时间：Ｔ↓［ｋ］＝Ｔ↓［ｍａｘ］·Ａ（ｚ↓［ｋ］）／ｍａｘ｛Ａ（ｚ↓［ｋ］）｝；步骤４．６：启动扫描平台，使该平台按照步骤４．５中设定参数运行，使曝光后的光纤成为具有非线性啁啾特性的光纤光栅；
步骤４．７：将制作完成的光纤光栅放在除油碱液中，７５℃下水浴加热３０分钟，除油碱液由下列四种溶液按体积比１∶１∶１∶１配制而成：
氢氧化钠：４０ｇ／Ｌ，硅酸钠：４０ｇ／Ｌ，碳酸钠：３０ｇ／
Ｌ，磷酸钠：３０ｇ／Ｌ；
步骤４．８：将清洗后的光纤光栅放在敏化液中浸泡１０秒，然后转入活化液中浸泡１０秒，再转入敏化液，如此反复４～５次，直到光纤光栅表
面变为深褐色；敏化液和活化液的配制如下：敏化液：氯化亚锡，
３０ｇ／Ｌ，２０ｍｌ；活化液：氯化钯，０．１ｇ／Ｌ，２０ｍ
ｌ；
步骤４．９：将光纤光栅放在镀镍溶液中，５０℃下水浴加热２小时，使光纤光栅表面覆盖一层均匀金属镍镀层；镀镍溶液的配制如下：硫酸镍：
３０ｇ／Ｌ，３５ｍｌ；焦磷酸钠：９０ｇ／Ｌ，３０ｍｌ；
次亚磷酸钠：３０ｇ／Ｌ，２５ｍｌ；氨水：４０ｍｌ／Ｌ，５ｍ
ｌ；
步骤４．１０：将覆盖有均匀金属镀层的光纤光栅焊接到电极上并封装在金属套管中；
步骤４．１１：将计算机的ＲＳ－２３２端口与单片机ＡＴ８９Ｃ５２的通信引脚相连，通过计算机控制单片机的数字信号输出，单片机输出二进
制数字信号的范围为００００００００００００～１１１１１１１
１１１１１；
步骤４．１２：将单片机的数字信号输出引脚与ＤＡ转换器ＭＡＸ５０８的数字输入引脚相连，利用ＤＡ转换器将单片机的数字信号转换为模拟信
号，ＤＡ转换器输出电压模拟信号的范围为０～１０Ｖ；
步骤４．１３：将ＤＡ转换器的电压模拟信号输出引脚与功率三极管（达林顿管）输入引脚相连，利用功率三极管对电压信号进行功率放大；
步骤４．１４：将功率三极管的输出端口与上述步骤４．１０中的电极相连，实现通过计算机来改变该取样
组员：08141111王兴旺08141112王冲
08141115王洪祥08141129张海涛
08141130李新08141131陈智野
全息光栅的制作实验报告
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，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。误差分析并作实验小结。 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（如图2）。 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。 图2 2、杨氏双缝干涉法： λ，其中：λ为波长，L为双缝到屏（全息干版）的距离，x?为= L? xd 双缝间距，d为光栅常数。 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。
光纤光栅制作与发展
光纤光栅的制作与发展 光纤材料的光敏性 光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。 石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连。虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置，但是 Ge的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。由于纯石英玻璃的吸收带位于160nm处，对波长在190nm以上一直到红外区的光具有大于90%的透过率。这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响，因此，光纤的光敏性与掺杂有关。 一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。起初，曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现，光栅不能从纯硅纤芯生长，OH基对光纤的光敏性不是必要的。但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。比如，基于硅基光纤的掺铕光纤，掺铈光纤，掺饵锗光纤，以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等。 然而从实用的观点来看，最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。在光纤材料中掺锗以后将产生位于180nm，195nm，213nm，240nm，281nm，325nm，517nm等多个附加的吸收带，其中240nm 和195nm为强吸收带。240nm吸收带的宽度约为30nm，325nm吸收带的强度仅为240nm吸收带的1/1000。通常，对光纤材料光敏性研究主要集中在240nm 和193nm的紫外光波段上。
光纤材料的增敏技术 自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。标准单模通讯光纤中掺有3%的锗，典型的光致折射率变化为~3×10-5。由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系，因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。一般地，增加掺锗浓度可导致~5×10-4的光致折射率变化。但是用这种方法提高光纤材料的光敏性有一个很大的不利因素，即增加光纤芯区含锗量将增大光纤芯区和包层折射率之差。为保证光纤只能进行单模传输，必须减少光纤的芯径。当芯区的锗含量很高时，光纤的芯径将要非常小，这将影响光敏光纤与普通单模光纤的匹配性能。 因此，寻求更为有效的光纤材料增敏方法具有非常重要的意义。提高光纤材料紫外感光特性的方法可以从以下几个方面考虑： （1）增加光纤材料中的缺陷浓度。 （2）在光纤材料中掺入具有较大紫外吸收系数的杂质。 （3）在光纤的芯区或包层中掺入适当杂质，尽可能增大二者之间的热特性失配度。 目前，已经有多种有效的光纤材料增敏方案在实验室应用。这些方案主要分为三种，即载氢技术、光纤还原法和多种掺杂。 载氢增敏技术 o C的氢气中，这种方法将氢气以分子形态扩散入光纤的芯区。载氢光纤在收到紫外光照射的时候或者加热时将引起氢气的与掺锗石英玻璃之间的化学反应，即H2分子在Si-O-Ge区发生变化，形成与折射率有关的Ge-OH，Si-OH，Ge-H，Si-H等化学键和缺氧锗缺陷中心，从而提高光纤材料的光致折射率变化，可
全息光栅实验
全息光栅的制作 引言 光栅是一种重要的分光元件,在实际中被广泛应用。许多光学元件, 例如单色仪、摄谱仪、光谱仪等都用光栅作分光元件;与刻划光栅相比, 全息光栅具有杂散光少、分辨率高、适用光谱范围宽、有效孔径大、生产效率高, 成本低廉等突出优点，并且制作简便、快速。 1、实验目的 1、了解全息光栅的原理 2、用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照 3、学习对全息光栅的后处理 2、基本原理 （一）全息光栅 当参考光波和物光波都是平面波且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅，这是本节的内容。 （二）光栅制作原理与光栅频率的控制 用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d (实验中常称为光栅常数) 。 有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。我们常采用马赫-曾德干涉仪光路,如图2所示。
Ⅰ 图1 全息光栅制作实验光路图 它是由两块分束镜（半反半透镜）和两块全反射镜组成，四个反射面接近互相平行，中心光路构成一个平行四边形。从激光器出射的光束经过扩束镜及准直镜，形成一束宽度合适的平行光束。这束平行光射入分束板之后分为两束。一束由分束板反射后到达反射镜，经过其再次反射并透过另一个分束镜，这是第一束光；另一束透过分束镜，经反射镜及分束镜两次反射后射出，这是第二束光。在最后一块分束镜前方两束光的重叠区域放上屏P 。若Ⅰ，Ⅱ两束光严格平行，则在屏幕上不出现干涉条纹；若两束光在水平方向有一个交角，那么在屏幕的竖直方向出现干涉条纹，而且两束光交角越大，干涉条纹越密。当条纹太密时，必须用显微镜才能观察得到。在屏平面所在处放上全息感光干版，记录下干涉条纹，这就是一块全息光栅。 为了保证干涉条纹质量，光束I 和II 需要严格水平于光学平台，可在图中最后一个分束镜后面两束光的重叠区内放一透镜，将屏移到透镜的后焦面。细调两块反射镜使光束I 和II 在屏上的像点处于同一水平线上，这样I 、II 严格水平于平台。 然后，可转动两块反射镜或最后一块分束镜使两个像点重合。这时光束I 和光束II 处于重合状态，会聚角0=ω，应没有干涉条纹。撤去透镜后，微调两块反射镜或最后一块分束镜的水平调节旋钮，改变I 、II 的会聚角使其不为零，就可在光束I 和II 的重叠区看到较明显的干涉条纹。 准确的控制光栅常数（即光栅的空间频率）,是光栅质量的重要指标之一。我们采用透镜成像的方法来控制制作的光栅的空间频率： Ⅱ Ⅰ
用分光计测光栅常数和光波的波长
衍射光栅是一种高分辨率的光学色散元件，它广泛应用于光谱分析．随着现代技术的发展，它在计量、无线电、天文、光通信、光信息处理等许多领域中都有重要的应用． 【实验目的】 1．观察光栅的衍射现象，研究光栅衍射的特点． 2．测定光栅常数和汞黄光的波长． 3．通过对光栅常数和波长的测量，了解光栅的分光作用，并加深对光的波动性的认识． 【实验仪器与用具】 分光计1台，光栅1个，低压汞灯1个． 【实验原理】 普通平面光栅是在一块玻璃片上用刻线机刻画出一组很密的等距的平行线构成的．光波射向光栅，刻痕部分不透光，只能从刻痕间的透明狭缝过．因此，可以把光栅看成一系列密集、均匀而又平行排列的狭缝． 图15—1光栅衍射图 光照射到光栅上，通过每个狭缝的光都发生衍射，而衍射光通过透镜后便互相干涉．因此，本实验光栅的衍射条纹应看做是衍射与干涉的总效果．
下面我们来分析平行光垂直射到光栅上的情况(图15－1)．设光波波长为λ，狭缝和刻痕的宽度分别为a和b，则通过各狭缝以角度φ衍射的光，经透镜会聚后如果是互相加强，在其焦平面上就得到明亮的干涉条纹．根据光的干涉条件，光程差等于波长的整数倍或零时形成亮条纹．由图15－1可知，衍射光的光程差为(a+b)sinφ，于是，形成亮条纹的条件为： (a+b)sinφ= Kλ，K = 0，±1，±2，… 或d sinφ＝Kλ．（15－1） 式中，d＝a+b称为光栅常数，λ为入射光波波长，K为明条纹(光谱线)级数，φ是K级明条纹衍射角． K＝0的亮条纹叫中央条纹或零级条纹，K＝±1为左右对称分布的一级条纹，K ＝±2为左右对称的二级条纹，以此类推． 光栅狭缝与刻痕宽度之和a+b称为光栅常数．若在光栅片上每厘米宽刻有n条刻痕，则光栅常数d＝(a+b)= cm．当a+b已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15－1)即可算出光波波长λ．当λ已知时，只要测出某级条纹所对应的衍射角φ，通过式(15—1)可计算出光栅常数． 图15－2 光栅的放置 在λ和a+b一定时，不同级次的条纹其衍射角不同．如a+b很小，则光栅衍射的各级亮条纹分得很开，有利于精密测量．另外，如果K和a+b一定时，则不
光栅衍射论文
光栅衍射的应用与操作 专业：交通运输学院电子商务专业姓名：黄丽烨学号：09254005 摘要：在本次实验中，由于有些同学因为分光计的调节影响的实验的操作，基于这个问题，本文介绍了一个实用简单的方法帮助更好地完成分光计的调节。同时，光栅衍射不仅可以测量波长还可以测量液体表面张力，薄膜折射率等，本文主要介绍了用光栅衍射测量液体表面张力。 关键词：光栅衍射、衍射光栅、分光计。 背景：衍射光栅是利用多缝衍射原理使光发生色散的光学元件，由大量相互平行、等宽、等间距的狭缝或刻痕所组成。由于光栅具有较大的色散率和较高的分辨本领，它已被广泛地装配在各种光谱仪器中。1821年夫琅禾费创制了用细金属丝做成的衍射光栅，并且用它测量了太阳光谱暗线的波长。后来他又在贴着金箔的玻璃上用金刚石刻划平行线做成色散更大的光栅。第一个直接在玻璃板上刻制光栅的是诺伯尔（1806-1881）。现在使用的光栅有透射式和反射式两种，多是以刻线光栅为模板，复制在以光学玻璃为基板的薄膜上做成的，也有用全息照相法制做的。 正文： 论述： 一、光栅衍射实验方法的改进 实验理论:在光栅衍射实验中，目前实验方法都遵照以下三个步骤：先调整分光计的望远镜，再调节平行光管，最后调测光栅。其中，在分光计的望远镜调节过程中，通过平行平面镜找“绿十字”像，并用“各半调节法”将“绿十字”像调至“P 点，更重要的是对 载物台转过180度(或120度)，同样满足“绿十字”像在“P''点不变的要求。这对多 数学生来说难度很大，这一步达不到要求，下步骤就无法进行，由于实验时间有限，势 必造成拖堂现象严重。针对这一情况，我们通过摸索，在实验方法上做了如下改进，省 去了用平行平面镜调“绿十字”像的步骤，直接用光栅调“绿十字”像。 实验步骤： (1)粗调，由目测调节分光计有关螺钉达到平行光管、载物台和望远镜水平。 (2)打开望远镜照明目镜小灯，调节目镜使分划板刻线清晰。 (3)打开水银灯，使狭缝成像呈在物镜的焦平面上，并且被过 0 点分划板刻线 平分。如图1所示。 (4)将光栅按图2所示，放在载物台上，并且使光栅平面与平行光管及望远镜相垂直。 (5)用手捏住光栅底座两端，慢慢的俯仰角找“绿十字”像，用“各半调节法”即调望远
光栅衍射法测光栅常数
实验G2 光栅衍射法测光栅常数 实验目的： 1、初步掌握数码摄影的基本知识和摄影技巧。 2、利用数码图像处理方法测量光栅常数。 实验仪器： 光栅、He-Ne激光器、滑轨、偏振片、坐标纸、可调支架、数码相机、三脚架等。 实验原理：（阅读实验教材p165~167，回答练习题） λ ? n= d =，??? 1k / m m k。 ，2 1 ± ， ± =， 实验内容： 1、布置光路 (1)按光路摆放各实验装置，光栅镀膜面应向着光屏。 (2)调节光栅到光屏之间的距离L，使该距离尽量大的同时， 至少能观察到±1级衍射光斑。 (3)旋转偏振片，使衍射光斑变暗变小，但要能看清。 (4)调节激光平行于光具座，光栅平面和光屏垂直于光具座。 此时，±1级衍射光斑到中央亮斑的距离相等。 2、拍摄照片 (1)将数码相机安装到三脚架上，连接电源适配器，用最大像素数和精细画质拍摄。 (2)旋转模式转盘到P档；设置感光度ISO值为最低；驱动模式为自拍延时两秒（2）；关 (3)调节镜头焦距到中等位置，调节三脚架高度及位置，使相机与衍射光斑平齐，拍摄画面 略宽于±1级衍射光斑的间距，半按快门完成聚焦，全按快门拍摄照片。 (4)改变镜头焦距和三脚架位置，再次拍摄照片。 3、测量数据 (1)测量光栅到光屏之间的距离L：请单眼垂直向下观察光栅（光屏）平面对齐哪个刻度。 (2)测量±1级衍射光斑的间距D：用Photoshop打开刚才拍摄的照片，按住吸管工具可以 更换为度量工具，用度量工具测量衍射光斑附近坐标纸上（几个）厘米长度的距离，然后测量±1级衍射光斑的距离，通过比例换算，可得±1级衍射光斑的真实间距D。 (3)打开另一幅照片，测量下一组数据。 数据记录及处理： 预习思考题： 1.为了得到光栅常数应测量哪些量？ 2.在测量过程中，若光源光强太大，会产生怎样的后果？可采取哪些方法改善？ 3.将偏振片放置于光栅与光源之间得到的图像与其放置在光栅与光屏之间得到的图像会有 怎样的不同？ 4.像素是什么？ 课后思考题： 1.偏振片在实验中起到的作用是什么？偏振片的位置是处于在光屏与光栅之间还是光源与 光栅之间？为什么？ 2.实验中使用坐标纸的原因是什么？能不能更替为普通白纸？ 实验讨论： 描述实验中观察到的异常现象及可能的解释，分析实验误差的主要来源，对实验仪器和 方法的建议及本实验在其它方面的应用等。
光纤光栅制作方法
光纤光栅制作方法<2> 3）chirp光纤光栅的制作a）两次曝光法这种方法可采用较简单的制作均匀光纤光栅的曝光光路。第一次曝光在光纤上并不形成光栅，而是仅形成一个渐变的折射率梯度，第二次曝光过程则是在第一次曝光区域上继续写入周期均匀的光栅，两次效应迭加便构成了一个chirp光栅。这种方法的优点是利用了制作均匀光栅的曝光光路，使得制作方法大大简化。b）光纤弯曲法这是在均匀光栅中引人光纤的机械变形，形成chirp光栅的一种方法，由于光纤的弯曲角度渐变，造成光栅的周期渐变。这种方法引入的chirp量不能过大，否则栅齿倾斜，会引起导模耦合成包层模而造成附加损耗。c）锥形光纤法这是利用锥形光纤形成chirp光栅的一种方法。可以在锥形光纤两端施加应力发生形变，然后写人均匀周期的光栅，应力释放后，由于锥体各部分的伸长形变不同，造成光栅周期的轴向发生均匀变化，形成chirp光栅。也可以先在锥形光纤上写人均匀光栅，然后再施加应力，可以得到相同的效果。d）应力梯度法与锥形光纤法原理相同，只是光纤中应力大小是通过将光纤粘在底座上的胶含量来调节。它的优点是可以分别调节中心波长和光栅的带宽，这对于制作高性能的色散补偿器具有重要的意义。e）复合chirp光栅法将一列不同周期的均匀光栅顺序写在光纤上，它最大限度地应用了制作均匀光纤光栅的工艺简单性，具有很大的灵活性。f）chirp光栅的全总干涉法制作这种制作chirp光栅的基本原理是通过在双光束全息光路系统中加入往面镜，使两束光的干涉角度沿着光纤轴向发生连续变化，从而造成光纤的纤芯折射率发生周期性渐变，形成chirp光纤光栅。4）新的光纤光栅制作方法a）直接写入法直接写入法是指在制作光纤光栅时，无须剥去光纤的涂覆层而直接在纤芯上写人光纤光栅的方法。此法关键是采用对紫外光透明的材料作为光纤的涂覆层。目前报道的光纤涂覆层有采用丙烯酸酯或general electric rtv615硅胶，通过加大紫外光强度、减小涂覆层厚度以及对光纤氢载等方法可以有效提高光纤光栅的写入时间。这种方法解决了以往传统方法中必须采用课光纤的弊端，减少了对光纤光栅制作完后要立即进行涂覆的工艺复杂性，具有很好的应用前景。b）在线成栅法这是最新出现的一种成栅方法。南安普敦大学的ldong等人采用脉冲单点激射的方法，首次实现了光纤拉制过程中写人光纤光栅的实验。它是在光纤拉制过程中在探光纤上直接写入光栅。通过对干涉系统中两束干涉光夹角的调节，可在线自动写入反射波长不同的一系列光纤光栅。使用这种方法，制造工艺简单，能连续大批量地制造光纤光栅，提高了光栅性能的稳定性，它的技术关键是要对所使用的准分子激光光束截面进行改进才能满足实用化的要求。c）光纤刻槽拉伸法用精密切割机对光纤进行周期性机械刻槽，用氢气火焰对v型槽区域的光泽进行拉伸退火，熔融玻璃表面应力的影响，以及v型槽一边的光纤的纤芯不平衡等因素，纤芯产生周期性的畸变，导致纤芯折射率的周期性变化。利用此方法已经成功研制成的长周期光纤光栅，具有很好的宽阻带特性（30nm），可应用于宽阻带滤波器的波分复用系统。这种方法的缺点是机械加工的精度要求较高，目前很少被采用。d）微透镜阵列法这种写入长周期光纤光栅方法的关键技术是采用一种微透镜阵列，将一平行的宽柬难分子激光聚焦成平行等间距的光条纹，投影到单模光纤上，其中相邻微透镜之间无间隙，其中心间距决定了写人光栅的空间周期。这种方法写入一个长周期光纤光栅仅需10s，大大提高了写入效率。通过控制写入时间和写入光栅的总长度，可以用同一块微透镜模板写入不同波长、不同透射率的长周期光栅。这种方法的缺点是做透镜模板制作非常困难，使它的应用受到了限制。e）用聚焦二氧化碳激光器写入lpg 采用10.6μm自由空间二氧化碳激光器对光纤直接曝光，通过计算机控制平移台，实现光纤的准直和固定及曝光间距的控制，可以写入不同周期的长周期光栅。这种方法无须采用紫外光，对光纤可以不用载氢处理，这种方法具有很好的应用前景。f）移动平台法利用一个周期不变的相位掩膜，可以写入调瞅、波长任意的光纤bragg光栅，通过改变光束的聚焦，可以写入阶跃chirp光栅。实验结构的主体包括两个移动平台，相位掩膜与光纤固定在一起，可以移动。改变两个透镜之间的距离就可以改变写入光纤的布拉格波长，控制每个基本光栅的曝光时间可控制切趾光栅剖面，这对于抑制反射谱中旁瓣的影响具有重要的意义。g）用聚焦离子束写入光纤光栅利用聚焦离子束（focused ion beam：fib）可以写入任意的光纤光栅结构，fib既可以采用研磨方式，也可以采用沉积方式。光栅研磨出的槽离纤芯只有几μm，研磨15～20个槽即可获得高的反射率，槽数越多反射越大。研磨方法简单但实现不易，常用的方法是用氟化氢腐蚀掉部分包层后开始研磨，但光纤研磨下来的物质充电沉积在研磨区，将会降低研磨效率，并且由于材料的再沉积，糟的深宽比将被限制在一个较小的值。研磨时间取决于研磨材料和束电流。这种方法的关键是要解决工艺难度，才有可能获得广泛的应用。3结束语对光纤通信而
光栅常数测定实验数据处理及误差分析(精)
2012大学生物理实验研究论文 光栅常数测定实验数据处理及误差分析 摘要：在光栅常数的测定实验中，很难保证平行光严格垂直人射光栅，这将形成误差，分光计的对称测盘法只能消除误差的一阶误差，仍存在二阶误差。.而当入射角较大时，二阶误差将不可忽略。 关键词：误差，光栅常数，垂直入射，数据处理 Analysis and Improvements of the Method to Measure the Grating Constant xuyongbin (South-east University, Nanjing,,211189) Abstract: During the measuring of grating constant determination,the light doesn’t diffract the grating and leads to error.Spectrometer rm,there is still the measured the symmetry disc method can only eliminate the first -order correction term,there is still the second-order correction error.When the incident angle of deviation is large,the error can not be ignored,an effective dada processing should be taken to eliminate the error . key words: Grating Constant，Accidental error ,Improvements 在光栅常数测定的实验中，当平行光未能严格垂 直入射光栅时，将产生误差，用对称测盘法只能消除 一阶误差，仍存在二阶误差，我们根据推导，采取新 的数据处理方式以消除二阶实验误差。 1.1 光栅常数测定实验误差分析 在光栅光谱和光栅常数测定实验中，我们需要调节 光栅平面与分光计转抽平行，且垂直准直管，固定 载物台，但事实上，我们很做到，因此导致了平行 光不能严格垂直照射光栅平面，产生误差，虽然分 光计的对称测盘可以消除一阶误差，但当入射角
全息光栅的制作(实验报告)
全息光栅的制作 一．【实验目的】 1、了解全息光栅的原理； 2、复习用马赫-曾德干涉仪搭光路并拍照； 3、学习对全息光栅的后处理。 二.【主要仪器及设备】 1.光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm针孔的针孔滤波器组合两套。 2.扩束透镜（20~40 倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4.天津I 型全息干板，显影、定影设备和材料。 5.电子快门和曝光定时器一套。 三.【实验原理】 全息光栅的制作原理是：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，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅）。当参考光波和物光波都是点光源且与全息干板对称放置时可以在干板上形成平行直条纹图形，这便是全息光栅。采用线性曝光可以得到正弦振幅型全息光栅。从光的波动性出发，以光自身的干涉进行成像，并且利用全息照相的办法成像制作全息光栅。有多种光路可以制作全息光栅。其共同特点是①将入射细光束分束后形成两个点光源，经准直后形成两束平面波；②采用对称光路，可方便地得到等光程。我们常采用马赫-曾德干涉仪光路。 （一）马赫-曾德干涉仪法 （1）光栅制作原理与光栅频率的控制 用全息方法制作光栅, 实际上就是拍摄一张相干的两束平行光波产生的干涉条纹的照相底片, 如图1所示,当波长为λ的两束平行光以夹角θ交迭时, 在其干涉场中放置一块全息干版H , 经曝光、显影、定影、漂白等处理, 就得到一块全息光栅。相邻干涉条纹之间的距离即为光栅的空间周期d(实验中常称为光栅常数) 。 图1相干光干涉形成光栅的示意图
光栅常数测定实验数据处理及误差分析
光栅常数测定实验数据处理及误差分析 摘 要： 在光栅常数的测定实验中，很难保证平行光严格垂直人射光栅，这将形成误差，分光计的对称测盘法只能消除误差的一阶误差，仍存在二阶误差。.而当入射角较大时，二阶误差将不可忽略。 关键词： 误差，光栅常数，垂直入射，数据处理 Analysis and Improvements of the Method to Measure the Grating Constant xuyongbin (South-east University, Nanjing,,211189) Abstract: During the m easuring of grating constant determination,the light doesn’t diffract the grating and leads to error.Spectrometer rm,there is still the measured the symmetry disc method can only eliminate the first -order correction term,there is still the second-order correction error.When the incident angle of deviation is large,the error can not be ignored,an effective dada processing should be taken to eliminate the error . key words: Grating Constant ，Accidental error ,Improvements 在光栅常数测定的实验中，当平行光未能严格垂直入射光栅时，将产生误差，用对称测盘法只能消除一阶误差，仍存在二阶误差，我们根据推导，采取新的数据处理方式以消除二阶实验误差。 1.1 光栅常数测定实验误差分析 在光栅光谱和光栅常数测定实验中，我们需要调节光栅平面与分光计转抽平行，且垂直准直管，固定载物台，但事实上，我们很做到，因此导致了平行光不能严格垂直照射光栅平面，产生误差，虽然分光计的对称测盘可以消除一阶误差，但当入射角θ 较大时，二阶误差也会造成不可忽略的误差。 当平行光垂直入射时，光栅方程为： d k k /sin λφ= （1） 如上图，当平行光与光栅平面法线成θ角斜入射时的光栅方程为： d k k /sin )sin(λθθφ=+- （2）
光纤光栅的制作与应用
目录 摘要 (1) 引言 (2) 1.光纤光栅制作方法 (2) 1.1光纤光栅的特点 (2) 1.2光纤光栅的分类 (4) 1.2.1按其空间周期和折射率系数分布特性 (4) 1.2.2根据光纤光栅的成栅机理 (5) 1.3光栅光纤的制备 (6) 1.4成栅的紫外光源 (7) 1.5成栅方法 (8) 1.5.1短周期光纤光栅的制作 (8) 1.5.2长周期光纤光栅的制作 (10) 2光纤光栅的应用 (11) 2.1光纤光栅在光纤通信系统中的应用 (13) 2.1.1有源器件 (13) 2.1.2无源器件 (13) 2.2可见光纤光栅的应用 (13) 2.2.1光源 (14)
2.2.2光纤放大器 (15) 2.2.3色散补偿器 (15) 2.2.4光分插复用器（OADM） (16) 2.2.5光终端复接器（OTM） (17) 2.2.6波长交换 (18) 3发展前景展望 (19) 参考文献 (21)
摘要：近年来，各种新的光纤光栅写入方法成出不穷，各种新型光纤光栅及其应用领域不断涌现，而且光纤光栅的制作技术与其应用领域有着密切的联系。本文主要综述了光纤光栅的制作技术及其一些特种光栅制作方法的最新进展。 为了介绍各种光光纤光栅制作方法的应用领域，本文首先介绍了光纤光栅的光学特性，光敏光纤的制备方法和所需光源等知识。对于光纤的制作技术，分别说明了短周期光纤光栅（FBG），长周期光纤光栅（LFPG）的各种写入方法，啁啾光纤光栅和切趾光纤光栅以其独到的优势而备受关注，因此，本文也对他们的特殊写入方法进行了阐述。并比较了各自的优缺点。 目前，光纤光栅具有附加损耗小、体积小、能与光纤很好地耦合、可与其他光纤器件融成一体等特性，是全光网中的关键技术器件。光纤光栅技术可以为全光通信系统中光源、光放大、色散补偿、光终端复接器（OTM）、光交叉连接（OXC）等关键部件提供解决方案。本文介绍了光纤光栅在全光网络中所发挥的作用，阐述了光纤光栅的特点，对光纤光栅进行了分类，着重分析了光纤光栅在光通信系统中的典型应用，并对其发展前景作出了展望。 关键词：光纤光栅成栅机理光纤无源器件全光通信
光栅常数的测定
光栅常数的测定—作图法 一、实验要求 根据光栅方程由汞灯的一、二级光谱选择合适的参变量进行测量，如何选定横轴和纵轴进行作图，通过图像怎样得到光栅常数？ 二、实验目的 1. 观察光栅衍射现象和衍射光谱 2. 进一步熟悉分光计的调节和使用 3. 选定波长已知的光谱线测定光栅常量 三、实验仪器 分光计、光栅、汞灯、双面反射镜 四、实验原理 当单色平行光垂直照射到光栅面上，透过各狭缝的光线将向各个方向衍射。如果用凸透镜将与光栅法线成?角的衍射光线会聚在其焦平面上，由于来自不同狭缝的光束相互干涉，结果在透镜焦平面上形成一系列明条纹.根据光栅衍射理论，产生明条纹的条件为 d sinα=kλk= ±1，±2，…(1—1) 式中d=a+b为光栅常量，λ为入射光波长，k为明条纹(光谱线)的级数，?k为第k级明条纹的衍射角.(1―1)式称为光栅方程，它对垂直照射条件下的透射式和反射式光栅都适用。如果入射光为复色光，由(1―1)式可知，波长不同，衍射角也不同，于是复色光被分解.而在中央k=0处， 各色光仍然重叠在一起，形成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称分布着k= ±1，±2，…级光谱.每级光谱中 紫色谱线靠近中央明条纹，红色谱线远离中央明条纹。实验中如用汞灯照射分光计的狭缝，经平行光管后的平行光垂直照射到放在载物台上的光栅上，衍射光用望远镜观察，在可见光范围内比较明亮的光谱线如图26―2所示.这些光谱线的波长都是已知的，(1―1)式可转变为： λ=dsi nα用分光计判断不同颜色光的谱线并测出相应的衍射角k。在坐标轴上画出λ—sinα的函数图像，图像斜率为d，所以可得光栅常数d=sinα 五、实验内容 (一)调整分光计 调好的分光计应使望远镜调焦在无穷远，平行光管射出平行光，望远镜与平行光管共轴并与分光计转轴垂直.平行光管的狭缝宽度调至0．3mm左右，并使狭缝与望远镜里分划板
全息光栅的制作(B5纸张_非常完整版_BJTU物理设计性实验报告)
全息光栅的制作 一实验任务 设计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100条/毫米） 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（应包括马赫- 曾德干涉法）； 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，计算不确定度、进行误 差分析并做实验小结。 三实验基本原理 1.全息光栅 全息光学元件是指基于光的衍射和干涉原理，采用全息方法制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转、光束扫描等功能 的元件。光全息技术主要利用光相干迭加原理，简单讲就是通过对复 数项（时间项）的调整，使两束光波列的峰值迭加，峰谷迭加，达到 相干场具有较高的对比度的技术。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。其中全息光栅就是利用全息照相技术 制作的光栅，在科研、教学以及产品开发等领域有着十分广泛用途。 一般在光学稳定的平玻璃坯件上涂上一层给定型厚度的光致抗蚀 剂或其他光敏材料的涂层，由激光器发生两束相干光束，使其在涂层 上产生一系列均匀的干涉条纹，光敏物质被感光，然后用特种溶剂溶 蚀掉被感光部分，即在蚀层上获得干涉条纹的全息像，所制得为透射 式衍射光栅。如在玻璃坯背面镀一层铝反射膜，可制成反射式衍射光栅。 作为光谱分光元件，全息光栅与传统的刻划光栅相比，具有以下 优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、价格便宜
等；全息光栅已广泛应用于各种光栅光谱仪中。作为光束分束器件，全息光栅在集成光学和光学通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等；在光信息处理中，可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。 2. 光栅条纹 光栅，也称衍射光栅，是基 于多缝衍射原理的重要光学元件。 光栅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，其狭缝数量很大，一般 每毫米几十至几千条。单色平行 光通过光栅会形成暗条纹很宽、明条纹很细的图样，而这些锐细而明亮的条纹称作谱线。谱线的位置 随波长而异，因此当复色光通过光栅时，不同波长光所产生的谱线在不同位置出现而形成光谱。也就是说，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）。 3. 光栅方程 光栅方程描述了光栅结构与光的入射角和衍射角之间的关系，它表示当衍射角满足的时候发生干涉加强现象，其中d 即为光栅常数。而当光以入射角入射时，光栅方程写为 。 4. 光栅常数 光栅常数是光栅两刻线之 间的距离。一个理想的光栅可 以认为由一组等间距的无限长 无限窄的狭缝组成，而狭缝之 间的间距称为光栅常数，在图 2中用d 表示。 sin d k θλ=θsin d k θλ=i θ(sin sin )i d k θ θλ+=图1 光通过光栅形成光谱 图2 光栅光路
全息光栅
全息光栅的制作 全息光学元件是指采用全息方法（包括计算全息方法）制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转光束扫描等功能的元件。在完成上述功能时，它不是基于光的反射和规律折射，而是基于光的衍射和干涉原理。所以全息光学元件又称为衍射元件。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。 全息光栅是一种重要的分光元件。作为光谱分光元件，与传统的刻划光栅相比，具有以下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等，已广泛应用于各种光栅光谱仪中，供科研、教学、产品开发之用。作为光束分束器件，在集成光学和光通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等。在光信息处理中，可作为滤波器用于图像相减、边沿增强等。本实验主要进行平面全息光栅的设计和制作实验。 一.实验目的: 1．学习掌握制作全息光栅的原理和方法。 2．学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。 3．通过实验制作一个低频全息光栅和一个复合光栅，并观察和分析实验结果。 二.主要仪器及设备: 1. 光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm 针孔的针孔滤波器组合两套。 2. 扩束透镜（20~40 倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4. 天津I 型全息干板，显影、定影设备和材料。 5. 电子快门和曝光定时器一套。 三.实验原理: 全息光栅的制作原理是：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，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅）。下面介绍制作平面全息光栅路布置、设计制作原理。 1.全息光栅的记录光路。 记录全息光栅的光路有多种，图 1 和图 2 是其中常见的两种光路。在图 1 所示光路中，由激光器发出的激光经分束镜BS 后被分为两束，一束经反射镜M1反射、透镜L1和L2扩束准直后，直接射向全息干板H；另一束经反射镜M2反射、透镜L3和L4扩束准直后，也射向全息干板H。图中，S 和A 分别为电子快门和光强衰减器，电子快门与曝光定时器相连，用于控制曝光时间。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成平行等.距直线干涉条纹。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。
光纤光栅制作与发展
光纤光栅的制作与发展 １.1 光纤材料的光敏性 光纤光栅的光敏性是指物质的物理或者化学性质在外部光的作用下发生暂时或永久性改变的材料属性。对光纤材料的光敏性而言，则是指折射率、吸收谱、内部应力、密度和非线性极化率等多方面的特性发生永久性改变。 石英材料的分子结构通常为四面体结构，每个硅原子通过形成共价键与四个氧原子相连。虽然Ge原子与Si原子同为四价元素，可以代替Si原子在石英玻璃四面体结构中的位置,但是Ｇe的掺入仍将对石英玻璃的分子结构产生干扰并不可避免的形成缺陷中心。由于纯石英玻璃的吸收带位于１6０nｍ处，对波长在１90nｍ以上一直到红外区的光具有大于90%的透过率。这些波长的光不会对石英材料的性质产生任何形式的影响，因此,光纤的光敏性与掺杂有关。 一般认为掺锗石英光纤材料的光敏现象源于缺陷中心。起初,曾认为光敏性仅能从掺锗光纤中出现,光栅不能从纯硅纤芯生长,OＨ基对光纤的光敏性不是必要的。但是后来实验表明，光敏性存在于众多种类的光纤。比如,基于硅基光纤的掺铕光纤,掺铈光纤,掺饵锗光纤,以及掺氟浩盐光纤的掺锶饵光纤等。 然而从实用的观点来看,最引人注意的光敏光纤就是广泛应用于通信产业和光传感领域的纤芯掺锗光纤。在光纤材料中掺锗以后将产生位于１80nm，195ｎm，2１３nm,24０nm,281nｍ，32５ｎｍ,5１7nm等多个附加的吸收带，其中2４0nm和195nｍ为强吸收带。240nm吸收带的宽度约为３0nｍ，32５nm吸收带的强度仅为240nm吸收带的1/1000。通常，对光纤材料光敏性研究主要集中在240nｍ和193ｎm的紫外光波段上。 １.2光纤材料的增敏技术 自光敏性的发现和第一次证实锗硅光纤中的光栅以来，增加光纤中的光敏性就成为了一个重要的考虑因素。标准单模通讯光纤中掺有3％的锗，典型的光致折射率变化为~3×１0-5。由于光纤材料的光敏性与光纤的掺杂浓度基本上成正比关系,因此提高光纤材料感光性最直接的方法就是提高光纤芯区的锗掺杂浓度。一般地,增加掺锗浓度可导致~5×1０-4的光致折射率变化。但是用这种方法提高光纤材料的光敏性有一个很大的不利因素,即增加光纤芯区含锗量将增大光纤芯区和包层折射率之差。为保证光纤只能进行单模传输，必须减少光纤的芯径。当芯区的锗含量很高时,光纤的芯径将要非常小，这将影响光敏光纤与普通单模光纤的匹配性能。 因此,寻求更为有效的光纤材料增敏方法具有非常重要的意义。提高光纤材料紫外感光特性的方法可以从以下几个方面考虑： （1）增加光纤材料中的缺陷浓度。 （2）在光纤材料中掺入具有较大紫外吸收系数的杂质。 （3）在光纤的芯区或包层中掺入适当杂质，尽可能增大二者之间的热特性失配度。 目前，已经有多种有效的光纤材料增敏方案在实验室应用。这些方案主要分为三种，即载氢技术、光纤还原法和多种掺杂。 1.2.1 载氢增敏技术 199３年,AT＆ＴBelｌ实验室的Ｐ.J.Leｍaire等人首次引入了掺锗石英光纤材料的载氢增敏技术。掺锗3ｍoｌ%的光纤被放入气压为2.0～7６MPa(典型值为15MＰa），温度为2０~7５ｏC的氢气中，这种方法将氢气以分子形态扩散入光纤的芯区。载氢光纤在收到紫外光照射的时候或者加热时将引起氢气的与掺锗石英玻璃之间的化学反应,即H2分子在Si-O-Ｇe 区发生变化，形成与折射率有关的Ge-OH，Ｓｉ-OＨ,Ge－Ｈ，Si-H等化学键和缺氧锗缺陷
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：2010-12-16 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,
正弦光栅衍射的计算机模拟
正弦光栅衍射的计算机模拟 摘要：本文利用Matlab对正弦光栅衍射实验进行仿真模拟。先创建用户界面，实现人机交互，在程序中输入不同的实验参数，可以使此衍射现象直观逼真地表现出来。此方法解除了传统实验中的许多限制，且准确方便。 关键词：正弦光栅衍射实验；MATLAB；用户界面设计；程序编写；仿真模拟1.引言 光学是一门拥有悠久历史的学科，人类对光的研究，最初主要是由“人的眼睛为什么能看见周围的物体？”之类的问题引起的。随着人类对光的认识的不断加深，光的衍射成为光学中不可或缺的一部分，人们对光的认识是从不断的实验和探索中加深的，其中就走到了光的衍射及其波动性这一步，光的衍射即光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象 [1]。 要深刻的认识光的衍射现象，实验是必不可少的，而在实验过程中我们发现，光的衍射实验并没有那么简单，仪器精细程度比较高，操作起来就比较困难，而且受许多外界因素的影响，这必然会影响我们准确地分析和研究实验结果。 伴随着计算机技术的飞速发展以及教学现代化的需要，计算机正逐渐走进学校，走进课堂，将计算机仿真技术用于光学实验当中是个不错的办法，由于是模拟实验，就不会受到实验仪器和实验场所的限制，自然就不用考虑环境因素引起的误差，而且解决了人工操作困难的问题，这就保证了实验的精确性，在此，借助计算机利用Matlab对真实的正弦光栅衍射实验进行模拟，与实验室中的真实实验相比较，探索利Matlab对光学实验进行仿真模拟相对于传统实验的优势。 2.正弦光栅衍射
正弦光栅是振幅透射率沿一个方向（如x1轴方向）按正弦（或余弦）规律变化，而且在此垂直的方向（如y1轴方向）上振幅透射率不变的透射光栅，其透射率函数为 ()()11011 c o s 222x m t x f x rect l π???? =+ ?? ????? （1） 为简单起见，假设光栅结构限于一个宽度为l 的狭缝，参数m 代表屏幕上振幅透射率峰值的变化，而0f 是光栅频率，该透射率函数的截面图如图1所示。 1t 1x 图 1 +1 1- 图2 正弦光栅衍射实验光路图 用单位振幅的单色平面波照射衍射屏，孔径上的场分布等于透射率函数0t ，为了求出夫琅禾费衍射图样，首先对这个场分布进行傅里叶变换。