HGP-PM-633 - учебный набор для создания двумерной дифракционной решетки

Оптические компоненты изготавливаемые голографическими методами широко используется для коллимации, фокусировки, разделения, отклонения, сканирования луча и для формирования изображения - это голографические линзы и решетки, голографические пространственные фильтры.

Голографические решетки - это основа светорасщепляющих элементов в оптических экспериментах. У них есть масса преимуществ по отношению к традиционным дифракционным решеткам:

• Отсутствие ложных спектральных линий.
• Низкий коэффициент рассеивания света.
• Высокое разрешение.
• Большая эффективная апертура.
• Высокая эффективность производства.

• Оптических светоделителей.
  
• Оптических ответвителей.
• Дефлекторов.
• Фильтров вычитания и улучшения краев изображений.

Немного истории

Уже в середине 18 века ученые занялись исследованием дифракционных решеток, среди них: Фраунгофер, Вуд, Майкельсон. Первоначально типов решеток было немного, они не отличались высокой точностью, а количество штрихов решетки на миллиметр составляло от нескольких до десятков штук. С развитием науки и техники технология производства решеток становится все более и более продвинутой. Изобретенный Денешем Габором голографический метод произвел настоящую революцию в сфере изготовления дифракционных решеток: при освещении пленки двумя лазерными лучами формируются светлые и темные интерференционные полосы, а затем участок светлой полосы обрабатывается химическими реагентами. Длина волны лазеров очень мала, что позволяет уменьшить шаг интерференционных полос и создать условия для изготовления высокоточных решеток.

Рис. 1. Схема оптической установки для изготовления голографической решетки.

Установка, показанная на рис. 1 представляет собой схему оптического эксперимента для создания голографической решетки с помощью интерферометра Маха-Цендера. В установке имеется возможность регулировки угла между интерферирующими пучками света и многоразовой записывающей голографической пластиной, что позволяет создавать двумерные дифракционные решетки с различными параметрами. Изменение угла θ между двумя пучками света позволяет устанавливать количество штрихов решетки в соответствии с уравнением

d⋅sin θ = kλ,

где d - период решётки,
k - порядковый номер максимума, отсчитанный от центра картинки,
λ - длина волны лазера,
θ - угол отклонения пучка света.

Таким образом, благодаря этой установке можно создавать дифракционные решетки с регулируемым числом штрихов на миллиметр.

Голографическая пластина, используемая в установке, представляет собой чувствительную к красному цвету фотополимерную голографическую пластину RSP-VI, которая была разработана в  национальном фонде естественных наук Китая. Это новейший тип фазового голографического записывающего носителя. Пластина состоит из материалов, чувствительных к свету с длиной волны 630–671 нм и при этом имеет высокую эффективностью дифракции (более 85%), высокое разрешение (более 4000 линий/мм), высокую чувствительность (1 мДж/см²), низкий световой шум и т. д. Эксперимент можно проводить при освещении ультрафиолетовыми лампами.

В эксперименте угол между двумя световыми пучками регулируется с помощью полупрозрачного зеркала BS2, а затем рассчитываются параметры получившейся голографической решетки. Многократное использование голографической пластины реализуется путем ее поворота на определенный угол много раз. Запись формируется при интерференции объектного пучка, проходящего через ПМС и обладающего поляризацией 0° , и плоского гауссова опорного пучка, обладающего поляризацией 90° (относительно плоскости интерферирующих пучков). Таким образом, угол между направлениями поляризации интерферирующих лучей равен 90° Выполнив экспозицию с поворотом на 0° и 90° с длительностью в 30 секунд для одной экспозиции и 20 секунд для двойной экспозиции, получим голографическую дифракционную решетку, как показано на рис. 2. Получившаяся решетка имеет более 100 штрихов на миллиметр, а так же показывает явление расщепления света.

Рис. 2. Эффект расщепления света на полученной в результате эксперимента голографической дифракционной решетке.

После светового воздействия пластина подвергается очистке и сушке, ее помещают на подставку, а решетку облучают лазерным пучком вертикально, после чего можно наблюдать дифракционное пятно. Зная расстояние между пятном нулевого и первого порядка можно рассчитать расстояние между экраном и дифракционной решеткой, чтобы получить значение постоянной дифракционной решетки.

Рис. 3. Схематическая диаграмма структуры двумерной решетки (слева) и диаграмма распределения дифракционных пятен на решетке (справа)

Источник:

Н.А. Ивлиев, В.В. Подлипнов, С.Н. Хонина, К.С. Лошманский, А.М. Присакар, В.Г. Абашкин, А.Ю. Мешалкин, Е.А. Акимова // Одно- и двулучевое оптическое формирование рельефных дифракционных микроструктур в пленках карбазолсодержащего азополимера. Оптика и спектроскопия, 2021, том 129, вып. 4