CN203825374U - 基于反射型体全息光栅的光路实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于反射型体全息光栅的光路实验装置，实验装置包括激光器、PBS、半波片、反射镜I、准直透镜I、空间滤波器I、反射镜II、准直透镜II、空间滤波器II和全息干板，其中，激光器和PBS沿着光路设置，沿着经PBS分成的两路光线，一路分别设置有半波片、反射镜I、准直透镜I、空间滤波器I和全息干板，另一路设置有反射镜II、准直透镜II、空间滤波器II和全息干板。本实用新型提供的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，将扩束镜放在后面，光的强度可大大增加，调节灵活。可制作面积相对较大的全息光栅而且可用于透射型全息光栅的制作。

Description

基于反射型体全息光栅的光路实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于双光路干涉法的光路实验装置，尤其涉及一种基于反射型体全息光栅的光路实验装置，属于光学领域。

背景技术

全息术的基本原理是：用相干光照射一个物体，物体产生的衍射光波与一束相干参考光波相干涉，产生可视的、按一定规律分布的光强度干涉图样，用感光材料将这种干涉图样记录下来，就形成全息图，该图中包含有物体的相位和振幅全部信息。若不照射实际物体，直接利用两束特性参数完全相同的光束干涉，则形成全息光栅。物光和参考光在干涉过程中，如果全息记录介质的厚度是干涉条纹间距的若干倍，则在记录介质体内形成干涉条纹的空间三维分布，这样便得到了体全息光栅。如果记录介质厚度小于干涉条纹间距，形成的光栅为平面全息或薄全息光栅。

根据记录过程中物光束和参考光束之间的相对位置，可将体光栅分为透射型体全息光栅和反射型体全息光栅。

为了实现两束光的干涉，需要满足以下三个基本条件：①相位差恒定；②频率相同；③振动方向有平行分量。一般来说，记录或制造一个优良的全息光学元件，必须考虑一下几个因素：

1)记录光束的偏振性记录全息光学元件一般要求两束记录光束都是平行的线偏振光，只有这样，才能使曝光量强度的调制度为最大。

2)记录环境的稳定性记录过程必须保证两束记录光束的相对相位固定不变。所有记录光路中使用的元件都必须稳定牢靠，即使存在气流的稍微扰动，也可能造成相对相位的变化。

3)记录光束的相关性为了保证全息光学元件能够具有最大的衍射效率，两束记录光束必须有非常好的相关性，光程差一定要在激光束的相干长度之内。

4)全息记录介质的分辨率不同应用对不同的全息记录底版的分辨率会有不同的要求，也就是说，一定要选取具有合适分辨率的全息记录材料。

5)合适的空间滤波器激光束的空间状态通常是高斯分布，为了得到均匀的激光记录光束，同时防止杂散光和光学元件表面上的灰尘造成的有害影响，一定要使用空间滤波器，并且与记录光学系统相匹配。

目前，大家所熟悉的马赫-曾德尔干涉法，该方法作为“分振幅法”的一种经常被用于制作全息光栅。透射元件较多，由透射元件带来的位相缺陷不可避免的影响激光束的波阵面，使其偏离平面波；分束镜II的面积限制了两束记录光夹角的调节，夹角不可能太大，即只能制作低频光栅；激光在分束镜前后表面的反射会对干涉产生一定的影响，使得全息干板处不再是单一的干涉场。

杨氏双缝干涉法通过两条缝的零级衍射光在全息干板上进行相干叠加。零级光斑的大小受到缝宽度的限制，如要制作大面积的光栅则需要缝的宽度很小；两相干光为近平行光且两束光的夹角不可能很大，因此只能制作低频光栅。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，解决好现有技术的问题，弥补现有目前市场上现有产品的不足。

本实用新型提供了一种基于反射型体全息光栅的光路实验装置，所述实验装置包括激光器、PBS、半波片、反射镜I、准直透镜I、空间滤波器I、反射镜II、准直透镜II、空间滤波器II和全息干板，其中，激光器和PBS沿着光路设置，沿着经PBS分成的两路光线，一路分别设置有半波片、反射镜I、准直透镜I、空间滤波器I，另一路设置有反射镜II、准直透镜II、空间滤波器II，所述全息干板设置在两路光线交汇处。

优选的，上述激光器为半导体激光器，激光器输出功率为0～100mW连续可调，光束直径为2mm，光束发散角为1.2毫弧度，激光相干长度大于50米，激光器输出模式为单纵模。

优选的，上述PBS尺寸为25.4×26.2mm，其透光范围为220nm～2500nm，透过率大于85％。

优选的，上述半波片为石英晶体。

优选的，上述反射镜采用单波长介质膜高反射镜，准直透镜采用的是平凸透镜，焦距为750mm。

优选的，上述空间滤波器配有三个针孔和一个显微物镜。

本实用新型提供的基于反射型体全息光栅的光路实验装置具有以下优点：

(1)将扩束镜放在后面，光的强度可大大增加，一般小功率的激光器就能满足实验需要；

(2)只要改变两个反射镜就可实现对两束光夹角的调节，制作不同空间频率的全息光栅；

(3)此光路可制作面积相对较大的全息光栅而且可用于透射型全息光栅的制作。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为激光偏振态变化示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型的基于反射型体全息光栅的光路实验装置具体如图1所示，双光路干涉法制作反射型体全息光栅。激光器发出的光经偏振分光棱镜(PBS)分为振动方向互相垂直的两束线偏振光，其中一束经过半波片，调整光束与波片快慢轴之间的夹角，使激光振动方向偏转90°，之后两束光分别经过反射镜、空间滤波器、准直透镜，最后以平行光达到全息干板发生干涉。制作过程中利用电子快门来控制曝光时间。虽然随着光栅厚度和空间频率的增加光栅的半波带宽会减小，衍射效率的最大值会增加，但是水平选择角也相应的减小，而且旁瓣的个数与高度会相应增加。此外，目前大多数汽车中挡风玻璃的倾斜角度为45°，体全息光栅最终也要粘贴于挡风玻璃上，其再现光的角度要适合驾驶员观察。因此综合考虑以上因素，选取25μm的光栅厚度，记录光波长为532nm，入射角度为45°。半导体激光器实验中记录光源采用长春新产业的型号为MSL-III-532的532nm半导体激光器，该激光器具有良好的功率稳定性，具体功率稳定性为1％(>4小时)。该激光器输出功率为0～100mW连续可调，光束直径为2mm，光束发散角为1.2毫弧度，激光相干长度大于50米，激光器输出模式为单纵模。

由于激光光斑能量为高斯分布，在使用过程中需加空间滤波器使能量均匀化。实验中采用大恒新纪元科技有限公司GCO-01M型空间滤波器，主要对入射激光光束进行空间滤波，以得到均匀的出射光斑。此器件配有三个针孔(10μm、15μm、25μm)和一个40×/0.65的显微物镜。

分光棱镜采用大恒新纪元科技有限公司GCL-070212型格兰-泰勒分光棱镜，尺寸为25.4×26.2mm，其透光范围为220nm～2500nm，透过率大于85％(632.8nm)，可将532nm的入射光分为光功率1∶1的两束振动方向相反的线偏振光。

半波片为大恒新纪元科技有限公司的GCL-060633，其材料为石英晶体，在实验中，调整半波片的快慢轴角度，使通过它的偏振光振动方向偏转90°。激光偏振态的具体变化过程如图2所示，通过格兰-泰勒棱镜的激光首先被分为两束振动方向相反的p波和s波，在p波后面加入半波片，使其振动方向偏转90°，即与s波振动方向相同，由此可产生最大程度的干涉。

其中反射镜采用单波长介质膜高反射镜，准直透镜采用的是平凸透镜，焦距为750mm。反射镜与透镜的制作材料均为K9玻璃，此种玻璃的具体参数为：折射率1.5168(588nm)，透射范围(um)0.330～2.1，热膨胀系数(10-6/K)7.1，密度(g/cm3)2.51。

本实用新型提供的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，将扩束镜放在后面，光的强度可大大增加，调节灵活。可制作面积相对较大的全息光栅而且可用于透射型全息光栅的制作。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于反射型体全息光栅的光路实验装置，其特征在于：所述实验装置包括激光器、PBS、半波片、反射镜I、准直透镜I、空间滤波器I、反射镜II、准直透镜II、空间滤波器II和全息干板，其中，激光器和PBS沿着光路设置，沿着经PBS分成的两路光线，一路分别设置有半波片、反射镜I、准直透镜I、空间滤波器I和全息干板，另一路设置有反射镜II、准直透镜II、空间滤波器II和全息干板。

2.根据权利要求1所述的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，其特征在于：所述激光器为半导体激光器，激光器输出功率为0～100mW连续可调，光束直径为2mm，光束发散角为1.2毫弧度，激光相干长度大于50米，激光器输出模式为单纵模。

3.根据权利要求1所述的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，其特征在于：所述PBS尺寸为25.4×26.2mm，其透光范围为220nm～2500nm，透过率大于85％。

4.根据权利要求1所述的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，其特征在于：所述半波片为石英晶体。

5.根据权利要求1所述的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，其特征在于：所述反射镜采用单波长介质膜高反射镜，准直透镜采用的是平凸透镜，焦距为750mm。

6.根据权利要求1所述的基于反射型体全息光栅的光路实验装置，其特征在于：所述空间滤波器配有三个针孔和一个显微物镜。