2024年3月12日发(作者：泰浩思)
第２４卷第６期
２０１１年１２月
大学物理实验
Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２Ｏ１１
ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ（）Ｆ Ｃ（）ＬＬＥＧＥ
文章编号：１００７—２９３４（２０１１）０６—０００９—０３
新马赫一曾特尔全息光路图制作高频全息光栅
何建瑜，赵荣涛，竺江峰
（浙江海洋学院，浙江舟山３１６０００）
摘 要：介绍了根据马赫一曾特尔全息光路图而改进和设计的新全息光路图。此光路图不仅很好地
解决了原光路图由于分束镜Ⅱ不能使得０角度有太大改变 的局限性，而且具有光路的光程差易控制、角
度易调节、实验易操作等诸多优点。可以依据此光路来制作高频全息光栅和相关物理量的测定。
关键词：高频全息光栅；全息照相；干涉；光学平台
文献标志码：Ａ 中图分类号：０３４８．１２
目前全息照相和全息技术＿】 ］已经越来越受到
社会的关注。各类全息光栅Ｅ４－７］研究已经进入快速
全息光栅的记录光路见图１。即新马赫一曾
特尔全息干涉光路图，由Ｈｅ－Ｎｅ激光器发出的激
发展的时期，高频全息光栅当然也是其中的一个重
要方面。光栅作为分光元件由来已久，当前许多物
理、化学、生物的新型仪器都要利用光栅作为分光
系统的重要组成部分，测量的分辨率与灵敏度往往
决定于光栅的频率［５ 。因此制作高频的光栅就显
得尤为重要，而高频全息光栅较普通刻制光栅具有
谱线稳定、无鬼线等诸多优点而备受青睐。本文中
着重介绍了对马赫一曾特尔全息干涉光路图的创造
性改进，从而利用新的马赫＿曾特尔全息光路图制
光经扩束镜扩束以后，再由分束镜Ｉ后被分为两
束，一束经全反射镜Ｉ反射，直接射向全息干板；
另一束经全反镜Ⅲ反射，经过全反镜Ⅱ射向全息
干板。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成
平行等间距直线干涉条纹。
卜扳
作高频全息光栅以及利用分光计测量自制高频全
息光栅的光栅常数。
１ 实验原理
图１干涉光路图
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，用全息干板记
录干涉条纹。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。在一定范围内，两列
相同频率的相干光波的夹角越大，制作产生的光栅
常数也将越大。光栅常数可以依据ｄｓｉｎ０一 计
算。一般当光栅常数ｄ足够大，ｋ可以取到２级以
上，则可以认定为高频光栅。基于此原理，根据利
用马赫一曾特尔全息光路图制作低频全息光栅的
２实验仪器及实验条件
ＧＳ Ⅱ型光学平台；Ｈｅ—Ｎｅ激光器；ＤＳＱ－Ⅲ
型曝光定时器；扩束镜厂一４．５ ｍｍ；准直镜、厂一
１６．７ ｃｍ；５：５分束镜；全反镜；天津远大感光材
料公司ＧＳ－Ｉ型全息干板；带有旋转微调的干板
支架；ＫＦＪＪＹ１型分光计；低压汞灯；Ｄ－７２显影液；
方法制作高频全息光栅。
收稿日期：２０１１－０７—２１
Ｆ－５定影液；环境温度：１０℃；白屏；索尼ＤＳＣ—
基金项目：浙江海洋学院大学生科技创新基金资助项目
＊通讯联系人
新马赫一曾特尔全息光路图制作高频全息光栅
ＨＸ１型数码单反相机。
３实验步骤
该实验在制作过程中基本与制作低频全息光
栅一致，实际光路图见图２。经过激光与扩束镜
的调节、准直镜的调节、分束镜以及全反镜的调
节、光栅频率的初测、曝光时间的把握、显影时间
的控制、分光计检验等这几个步骤，由于不是该文
介绍的重点，这里不过多做解释［ 。
图２制作实际光路图
４实验数据与处理
经过以上操作步骤．顺利制作成高频全息光
栅。然后利用ＫＦＪＪＹ１型分光 ‘进行光栅常数的
测定。记录在下表２：
表２实验数据记录表
由于测定是在 一１级的条件下进行，测量
的是绿色的谱线，所以 一５４６．１ ｎｍ，根据公式，
一
（ ＋ ）／２，代入数据得
＝＝＝
［（２４８。６ 一２１１。３６ ） ２＋
（６８。６ 一３ｌ。３０ ￣／２］／２—１８。１５ 。
然后根据公式ｄｓｉｎ０ 一ｂ，Ａ，即ｄ一 ，代人
数据得
ｄ一（】×５４６．１×１０－ ）／ｓｉｎｌ８。１５
一
】．７．：１３×１０—０ ｌＴｍ１．
频率．厂一１／ｄ一１／１．７４３×１０－。
≈５７３线／ｍｍ，即频率为５７３线／ｍｍ。
通过反代人的方法，依据公式计算
一
（ ×ｓｉｎＯ ）／ ，
代入数据得
是一（１．７４３×１０ ×ｓｉｎ９０。）／５４６．１×１０
≈３．２，
由于３．２在实际中没有意义，故只能看到第３级
谱线。
５实验研究结论
自行设计的光路图可以用于制作高频全息光栅，
并且测定出的光栅频率比较大，可以达到５７３线／ｍｍ，
在分光计中能看到第２级谱线。通过该实验制得
的高频全息光栅在分光计中观察到的第一级与第
二级绿色谱线如图３～４所示。但是由于实验环
境、显影时间、作者拍摄水平等因素的影响，在分光
计可以明显的看见两级谱线的强弱差别还是比较
大的。
图３第一级绿色谱线 图４第二级绿色谱线
图５全反镜Ⅲ
６结 论
本实验方案中的光路图最大的优点或者创新
之处在于：实验方案中巧妙地利用了全反镜Ⅲ进行
光路的叠加，如图ｌ、图５所示。这样的设计不仅有
效地克服了传统马赫一曾特尔全息光路图的夹角不
新马赫一曾特尔全息光路图制作高频全息光栅 １１
能有太大改变的局限性＿１ｌ］，具有创新性价值；而且
中国科学技术出版社，２００７．
还具有光路基本上保持矩形，光程差易控制，叠加
［３］张敏，郜超军．全息照相实验的教学探讨［Ｊ］．大学物
角度易调节、实验易操作等诸多优点。但是本方案
理实验，２００５，１８（１）：１３—１４．
也存在一些缺点与不足：（１）两级谱线的强度差别
［４］张飞雁．一种新的全息光栅制作方法及像差分析ＥＪ］．
较大，这有待改进实验方案，增强二级谱线的强度。
宁波大学学报：理工版，２００６，１９（１）：９５—９７．
［５］王朝阳，戴福隆．一种制作超高频全息光栅的新方
（２）光栅频率还有待提高，实验方案还有待进一步
法＿Ｊ］．光学技术，１９９９（３）：５３—５５．
优化。（３）这个全反镜Ⅲ到底能够偏转多大的角度
［６］柯红卫，杨嘉， 秀良，等．利用迈克耳逊干涉仪干
也有待后续实验的验证与理论计算。
涉仪制作全息光栅［Ｊ］．物理实验，２００４，２４（７）：３０—
３１．
参考文献：
［７］周殿清，张文炳，冯辉．基础物理实验［Ｍ］．北京：
Ｅｌｉ
刘香茹，陈庆东，李立本．全息光栅制作光路的比较研
科学出版社，２００９．
究＿Ｊ］．大学物理实验，２００８，２１（Ｉ）：２Ｏ一２３．
ｒ８］何建瑜，赵荣涛，竺哲欣，等．全息光栅制作新发现［Ｊ］．
Ｅ２］
竺江峰，芦立娟，鲁晓东．大学物理实验［Ｍ］．北京：
大学物理实验，２０１１，２４（３）：４７—５Ｏ．
Ｎｅｗ Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｈ Ｄｒａｗｉｎｇ
Ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｇｒａｔｉｎｇ
ＨＥ Ｊｉａｎ—ｙｕ，ＺＨＡ（）Ｒｏｎｇ—ｔａｏ，ＺＨＵ Ｊｉａｎｇ—ｆｅｎｇ
（Ｚｈ＠ａｎｇ（）ｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈ＠ａｎｇ Ｚｈｏｕｓｈａｎ ３１６０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ ｗｈｏｓｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｃｈａｒｔ ａｎｄ
ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｗ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｃｈａｒｔ．Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ ｃｈａｒｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ
ｆｏｒｍｅｒ ｌｉｇｈｔ ｒｏａｄｍａＰ ｄｕｅ ｔｏ ｄｉｖｉｄｅ ｂｕｎｄｌｅ ｏｆ ｍｉｒｒｏｒ ＩＩ ｃａｎｎｏｔ ｍａｋｅ ｔｈｅｔａ Ａｎｇｌｅ ｈａｖｅ ｔｏｏ ｂｉｇ ｃｈａｎｇｅ，
ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｅａｓｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｎｇｌｅ ｅａｓｙ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｅｘ—
Ｄｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ，ａｎｄ ｍａｎｙ ｏｔｈｅｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｗｅ ｃａｎ ｐｒｏｄｕｃｅ ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ
ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｉｓ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ；ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｏｐｔｉｃａｌ ｐｌａｔ—
ｆｏｒｍ
2024年3月12日发(作者：泰浩思)
第２４卷第６期
２０１１年１２月
大学物理实验
Ｖｏ１．２４ Ｎｏ．６
Ｄｅｃ．２Ｏ１１
ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ（）Ｆ Ｃ（）ＬＬＥＧＥ
文章编号：１００７—２９３４（２０１１）０６—０００９—０３
新马赫一曾特尔全息光路图制作高频全息光栅
何建瑜，赵荣涛，竺江峰
（浙江海洋学院，浙江舟山３１６０００）
摘 要：介绍了根据马赫一曾特尔全息光路图而改进和设计的新全息光路图。此光路图不仅很好地
解决了原光路图由于分束镜Ⅱ不能使得０角度有太大改变 的局限性，而且具有光路的光程差易控制、角
度易调节、实验易操作等诸多优点。可以依据此光路来制作高频全息光栅和相关物理量的测定。
关键词：高频全息光栅；全息照相；干涉；光学平台
文献标志码：Ａ 中图分类号：０３４８．１２
目前全息照相和全息技术＿】 ］已经越来越受到
社会的关注。各类全息光栅Ｅ４－７］研究已经进入快速
全息光栅的记录光路见图１。即新马赫一曾
特尔全息干涉光路图，由Ｈｅ－Ｎｅ激光器发出的激
发展的时期，高频全息光栅当然也是其中的一个重
要方面。光栅作为分光元件由来已久，当前许多物
理、化学、生物的新型仪器都要利用光栅作为分光
系统的重要组成部分，测量的分辨率与灵敏度往往
决定于光栅的频率［５ 。因此制作高频的光栅就显
得尤为重要，而高频全息光栅较普通刻制光栅具有
谱线稳定、无鬼线等诸多优点而备受青睐。本文中
着重介绍了对马赫一曾特尔全息干涉光路图的创造
性改进，从而利用新的马赫＿曾特尔全息光路图制
光经扩束镜扩束以后，再由分束镜Ｉ后被分为两
束，一束经全反射镜Ｉ反射，直接射向全息干板；
另一束经全反镜Ⅲ反射，经过全反镜Ⅱ射向全息
干板。两平行光束在全息干板上交叠干涉，形成
平行等间距直线干涉条纹。
卜扳
作高频全息光栅以及利用分光计测量自制高频全
息光栅的光栅常数。
１ 实验原理
图１干涉光路图
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，用全息干板记
录干涉条纹。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。在一定范围内，两列
相同频率的相干光波的夹角越大，制作产生的光栅
常数也将越大。光栅常数可以依据ｄｓｉｎ０一 计
算。一般当光栅常数ｄ足够大，ｋ可以取到２级以
上，则可以认定为高频光栅。基于此原理，根据利
用马赫一曾特尔全息光路图制作低频全息光栅的
２实验仪器及实验条件
ＧＳ Ⅱ型光学平台；Ｈｅ—Ｎｅ激光器；ＤＳＱ－Ⅲ
型曝光定时器；扩束镜厂一４．５ ｍｍ；准直镜、厂一
１６．７ ｃｍ；５：５分束镜；全反镜；天津远大感光材
料公司ＧＳ－Ｉ型全息干板；带有旋转微调的干板
支架；ＫＦＪＪＹ１型分光计；低压汞灯；Ｄ－７２显影液；
方法制作高频全息光栅。
收稿日期：２０１１－０７—２１
Ｆ－５定影液；环境温度：１０℃；白屏；索尼ＤＳＣ—
基金项目：浙江海洋学院大学生科技创新基金资助项目
＊通讯联系人
新马赫一曾特尔全息光路图制作高频全息光栅
ＨＸ１型数码单反相机。
３实验步骤
该实验在制作过程中基本与制作低频全息光
栅一致，实际光路图见图２。经过激光与扩束镜
的调节、准直镜的调节、分束镜以及全反镜的调
节、光栅频率的初测、曝光时间的把握、显影时间
的控制、分光计检验等这几个步骤，由于不是该文
介绍的重点，这里不过多做解释［ 。
图２制作实际光路图
４实验数据与处理
经过以上操作步骤．顺利制作成高频全息光
栅。然后利用ＫＦＪＪＹ１型分光 ‘进行光栅常数的
测定。记录在下表２：
表２实验数据记录表
由于测定是在 一１级的条件下进行，测量
的是绿色的谱线，所以 一５４６．１ ｎｍ，根据公式，
一
（ ＋ ）／２，代入数据得
＝＝＝
［（２４８。６ 一２１１。３６ ） ２＋
（６８。６ 一３ｌ。３０ ￣／２］／２—１８。１５ 。
然后根据公式ｄｓｉｎ０ 一ｂ，Ａ，即ｄ一 ，代人
数据得
ｄ一（】×５４６．１×１０－ ）／ｓｉｎｌ８。１５
一
】．７．：１３×１０—０ ｌＴｍ１．
频率．厂一１／ｄ一１／１．７４３×１０－。
≈５７３线／ｍｍ，即频率为５７３线／ｍｍ。
通过反代人的方法，依据公式计算
一
（ ×ｓｉｎＯ ）／ ，
代入数据得
是一（１．７４３×１０ ×ｓｉｎ９０。）／５４６．１×１０
≈３．２，
由于３．２在实际中没有意义，故只能看到第３级
谱线。
５实验研究结论
自行设计的光路图可以用于制作高频全息光栅，
并且测定出的光栅频率比较大，可以达到５７３线／ｍｍ，
在分光计中能看到第２级谱线。通过该实验制得
的高频全息光栅在分光计中观察到的第一级与第
二级绿色谱线如图３～４所示。但是由于实验环
境、显影时间、作者拍摄水平等因素的影响，在分光
计可以明显的看见两级谱线的强弱差别还是比较
大的。
图３第一级绿色谱线 图４第二级绿色谱线
图５全反镜Ⅲ
６结 论
本实验方案中的光路图最大的优点或者创新
之处在于：实验方案中巧妙地利用了全反镜Ⅲ进行
光路的叠加，如图ｌ、图５所示。这样的设计不仅有
效地克服了传统马赫一曾特尔全息光路图的夹角不
新马赫一曾特尔全息光路图制作高频全息光栅 １１
能有太大改变的局限性＿１ｌ］，具有创新性价值；而且
中国科学技术出版社，２００７．
还具有光路基本上保持矩形，光程差易控制，叠加
［３］张敏，郜超军．全息照相实验的教学探讨［Ｊ］．大学物
角度易调节、实验易操作等诸多优点。但是本方案
理实验，２００５，１８（１）：１３—１４．
也存在一些缺点与不足：（１）两级谱线的强度差别
［４］张飞雁．一种新的全息光栅制作方法及像差分析ＥＪ］．
较大，这有待改进实验方案，增强二级谱线的强度。
宁波大学学报：理工版，２００６，１９（１）：９５—９７．
［５］王朝阳，戴福隆．一种制作超高频全息光栅的新方
（２）光栅频率还有待提高，实验方案还有待进一步
法＿Ｊ］．光学技术，１９９９（３）：５３—５５．
优化。（３）这个全反镜Ⅲ到底能够偏转多大的角度
［６］柯红卫，杨嘉， 秀良，等．利用迈克耳逊干涉仪干
也有待后续实验的验证与理论计算。
涉仪制作全息光栅［Ｊ］．物理实验，２００４，２４（７）：３０—
３１．
参考文献：
［７］周殿清，张文炳，冯辉．基础物理实验［Ｍ］．北京：
Ｅｌｉ
刘香茹，陈庆东，李立本．全息光栅制作光路的比较研
科学出版社，２００９．
究＿Ｊ］．大学物理实验，２００８，２１（Ｉ）：２Ｏ一２３．
ｒ８］何建瑜，赵荣涛，竺哲欣，等．全息光栅制作新发现［Ｊ］．
Ｅ２］
竺江峰，芦立娟，鲁晓东．大学物理实验［Ｍ］．北京：
大学物理实验，２０１１，２４（３）：４７—５Ｏ．
Ｎｅｗ Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｔｈ Ｄｒａｗｉｎｇ
Ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｇｒａｔｉｎｇ
ＨＥ Ｊｉａｎ—ｙｕ，ＺＨＡ（）Ｒｏｎｇ—ｔａｏ，ＺＨＵ Ｊｉａｎｇ—ｆｅｎｇ
（Ｚｈ＠ａｎｇ（）ｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈ＠ａｎｇ Ｚｈｏｕｓｈａｎ ３１６０００）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ Ｍａｃｈ—Ｚｅｈｎｄｅｒ ｗｈｏｓｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｃｈａｒｔ ａｎｄ
ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｗ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｃｈａｒｔ．Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ ｃｈａｒｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｏｌｖｅｓ ｔｈｅ
ｆｏｒｍｅｒ ｌｉｇｈｔ ｒｏａｄｍａＰ ｄｕｅ ｔｏ ｄｉｖｉｄｅ ｂｕｎｄｌｅ ｏｆ ｍｉｒｒｏｒ ＩＩ ｃａｎｎｏｔ ｍａｋｅ ｔｈｅｔａ Ａｎｇｌｅ ｈａｖｅ ｔｏｏ ｂｉｇ ｃｈａｎｇｅ，
ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｗｉｔｈ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ ｏｐｔｉｃａｌ ｐａｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｅａｓｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｎｇｌｅ ｅａｓｙ ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ，ｅｘ—
Ｄｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｅａｓｙ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ，ａｎｄ ｍａｎｙ ｏｔｈｅｒ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ．Ｗｅ ｃａｎ ｐｒｏｄｕｃｅ ｈｉｇｈ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ
ｇｒａｔｉｎｇｓ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｉｓ ｌｉｇｈｔ ｐａｔｈ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｇｒａｔｉｎｇ；ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ；ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ｏｐｔｉｃａｌ ｐｌａｔ—
ｆｏｒｍ