光纤光栅的制作方法

采用适当的光源和光纤增敏技术，可以在几乎所有种类的光纤上不同程度的写入光栅。所谓光纤中的光折变是指激光通过光敏光纤时，光纤的折射率将随光强的空间分布发生相应的变化，如这种折射率变化呈现周期性分布，并被保存下来，就成为光纤光栅。 光纤中的折射率改变量与许多参数有关，如照射波长、光纤类型、掺杂水平等。如果不进行其它处理，直接用紫外光照射光纤，折射率增加仅为（10的负4次方）数量级便已经饱和，为了满足高速通信的需要，提高光纤光敏性日益重要，光纤增敏方法主要有以下几种：

1）掺入光敏性杂质，如：锗、锡、硼等。

2）多种掺杂（主要是B/Ge共接）。

3）高压低温氢气扩散处理。

4）剧火。 光纤光栅制作方法中的驻波法及光纤表面损伤刻蚀法，成栅条件苛刻，成品率低，使用受到限制。主要的成栅有下列几种。

1）短周期光纤光栅的制作

a）内部写入法 内部写入法又称驻波法。将波长488nm的基模氛离子激光从一个端面耦合到锗掺杂光纤中，经过光纤另一端面反射镜的反射，使光纤中的入射和反射激光相干涉形成驻波。由于纤芯材料具有光敏性，其折射率发生相应的周期变化，于是形成了与干涉周期一样的立体折射率光栅，它起到了Bragg反射器的作用。已测得其反射率可达90%以上，反射带宽小于200MHZ。此方法是早期使用的，由于实验要求在特制锗掺杂光纤中进行，要求锗含量很高，芯径很小，并且上述方法只能够制作布拉格波长与写入波长相同的光纤光栅，因此，这种光栅几乎无法获得任何有价值的应用，很少被采用。用准分子激光干涉的方法，Meltz等人首次制作了横向侧面曝光的光纤光栅。用两束相干紫外光束在接错光纤的侧面相干，形成干涉图，利用光纤材料的光敏性形成光纤光栅。栅距周期由 ∧=λuv/（2sinθ）给出。可见，通过改变人射光波长或两相干光束之间的夹角，可以改变光栅常数，获得适宜的光纤光栅。但是要得到高反射率的光栅，则对所用光源及周围环境有较高的要求。这种光栅制造方法采用多脉冲曝光技术，光栅性质可以精确控制，但是容易受机械震动或温度漂移的影响，并且不易制作具有复杂截面的光纤光栅，这种方法使用不多。

b）光纤光栅的单脉冲写入 由于准分子激光具有很高的单脉冲能量，聚焦后每次脉冲可达J·cm－2，又发展了用单个激光脉冲在光纤上形成高反射率光栅。英国南安普敦大学的 Archambanlt等人对此方法进行了研究，他们认为这一过程与二阶和双光子吸收有关。由于光栅成栅时间短，因此环境因素对成栅的影响降到了最低限度。此外，此法可以在光纤技制过程中实现，接着进行涂覆，从而避免了光纤受到额外的损伤，保证了光栅的良好强度和完整性。这种成栅方法对光源的要求不高，特别适用于光纤光栅的低成本、大批量生产。

c）相位掩膜法 将用电子束曝光刻好的图形掩膜置于探光纤上，相位掩膜具有压制零级，增强一级衍射的功能。紫外光经过掩膜相位调制后衍射到光纤上形成干涉条纹，写入周期为掩膜周期一半的Bragg光栅。这种成栅方法不依赖于入射光波长，只与相位光栅的周期有关，因此，对光源的相干性要求不高，简化了光纤光栅的制造系统。这种方法的缺点是制作掩膜复杂，为使KrF准分子激光光束相位以知间。隔进行调制，掩膜版一维表面间隙结构的振幅周期被选为 4π（nilica－1）/（A·λKrF）=π，这里A是表面间隙结构的振幅。这样得到的相位掩膜版可使准分子激光光束通过掩膜后，零级光束小子衍射光的5%，人射光束转向+1和-1级衍射，每级衍射光光强的典型值比总衍射光的35%还多。用低相干光源和相位掩膜版来制作光纤光栅的这种方法非常重要，并且相位掩膜与扫描曝光技术相结合还可以实现光栅耦合截面的控制，来制作特殊结构的光栅。该方法大大简化了光纤光栅的制作过程，是写入光栅极有前途的一种方法。

2）长周期光纤光栅的制作

a）掩膜法 掩膜法是目前制做长周期光纤光栅最常用的一种方法。实验中采用的光纤为光敏光纤，PC为偏振控制器，AM为振幅掩膜，激光器照射数min后，可制成周期 60μm～1mm范围内变化的光栅，这种方法对紫外光的相干性没有要求。

b）逐点写人法 此方法是利用精密机构控制光纤运动位移，每隔一个周期曝光一次，通过控制光纤移动速度可写入任意周期的光栅。这种方法在原理上具有最大的灵活性，对光栅的耦合截面可以任意进行设计制作。原则上，利用此方法可以制作出任意长度的光栅，也可以制作出极短的高反射率光纤光栅，但是写人光束必须聚焦到很密集的一点，因此这一技术主要适用于长周期光栅的写入。它的缺点是需要复杂的聚焦光学系统和精确的位移移动技术。由于各种精密移动平台的研制，这种长周期光纤光栅写入方法正在越来越多的被采用。

三维立体画制作技术和三维立体画制作方法多种多样，究竟怎么制作三维立体画？怎样制作三维立体画？如何制作三维立体画才能达到最好的效果呢？这里我们给出一种三维立体画的制作技术中一种简单的技术。用PS软件三维立体画制作技术

一、 调整图像

1、 打开一幅设计好的分层图像

2、“图像”菜单——图像大小，分辨率设为100.227像素/厘米，宽高自己定。

二、 光栅层制作

1、新建图层，隐藏其它图层，通过导航器把图像调到最大。

2、选择单列选框工具，在画布上单击；选择铅笔工具（把铅笔工具笔头放到8、9个像素），在选区上单击。

3、按Ctrl+Alt点右方向键7次，放开Ctrl+Alt键再点一次右方向键。

4、选择矩形选框工具、框选7个黑色，1个透明、宽度为8个像素的矩形区域。从编辑菜单里选择定义图案，点好。

5、清空当前图层：全选——删除——取消选择（Ctrl+D）

6、编辑——填充，使用图案，自定图案：选择最后一个自定的图案，点好——隐藏光栅层。

三、 得到8个相似的图像

1、选择一个需要做立体的图层（除中景以外的其它图层）

2、复制一个副本（Ctrl+J），选择移动工具，点左方向键移动10次（具体移动次数参照移动次数表）

3、再复制、再移动（移动次数相同），循环操作，共复制移动7个图像（复制7个，加原来的一个，共8个图像）

四、 分割排列图像

1、选择原图层，隐藏其它图层，载入光栅层选区（按着Ctrl单击光栅层），选择矩形选框工具。

2、按删除键（Delete）删除，按左方向键一次，选择上一层。

3、继续删除，循环操作，直到分割完其它复制的图层，取消选择（Ctrl+D）。

五、拼合图像：合并可见图层（Ctrl+Shift+E）。

六、 至此，一个图层的立体操作完成。其它需要做立体的图层，同理按照上述步骤制作。只是移动次数与方向有所不同。

七、 所有图层都制作完成以后，把光栅层删除。

说 明 1、 打开一幅图像，先确定表现的主体，表现的主体即为中景，在主体前边的为前景，主体后边的为背景。前景向左移背景向右移，主体尽量保持清晰即一般不移动。

2、 靠画布右边缘的前景，因为在得到相似图像的过程中，图像要向左偏移，所以要在右边画布之外预留一定宽度的图像，避免出现空白或下层图像；同理，靠画布左边缘的背景，需要在左边画布之外预留一定宽度的图像。

3、 定义图案的宽度与获取相似图像的个数相同。

4、 按着Shift+点方向键一次，相当于只按方向键10次。

5、 所有图层都制作完成以后，不合并图层，可以作模板使用；合并后，占用空间小。

6、 图像制作完成不得更改图像大小及分辨率，不得对图像进行变形等操作。

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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：

x

1

2

3

4

5

6

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。

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