авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования Республики Беларусь

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ»

А.М. Ляликов

ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ

ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ

ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ ФАЗОВЫХ

ОБЪЕКТОВ

МОНОГРАФИЯ

Гродно 2010

УДК 535.317

Ляликов, А.М. Высокочувствительная голографическая интерферометрия фазовых объектов: моногр. / А.М. Ляликов. – Гродно: ГрГУ, 2010. – 215 с. – ISBN 987-985-515 Монография обобщает результаты научных исследований автора, вы полненых в ГрГУ им. Я. Купалы, по решению проблемы расширения измери тельных возможностей голографической интерферометрии фазовых объектов.

Адресовано магистрантам, аспирантам, инженерам и научным работникам, спе циализирующимся в области высокоточных оптических измерений и бесконтакт ной диагностике фазовых объектов, студентам соответствующих специальностей, в частности, студентам специальности «Информационно-измерительная техника»

и родственных технических специальностей при изучении курсов, связанных с изучением основ измерений физических величин, а также применением оптико электронной техники в информационно-измерительных системах.

Табл. 1, ил. 50, библиогр. 169 назв.

Рекомендовано Советом Учреждения образования «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»

Рецензенты:

Ивакин Е.В., главный научный сотрудник Института физики НАН Беларуси, доктор физико-математических наук;

Иванов А.Ю., профессор кафедры теоретической физики ГрГУ им.

Я.Купалы, доктор физико-математических наук.

© Ляликов А.М., ISBN 987-985-515 © ГрГУ, ПРЕДИСЛОВИЕ В ряде задач, встречающихся при измерении малых изменений разности фаз, чувствительность классических интерференционных спо собов недостаточна. Применение принципов голографии в классической интерферометрии с опорной волной послужило развитию нового на правления – голографической интерферометрии, ставшей высокоточ ным методом исследования различных параметров прозрачных и отра жающих объектов. На основе свойств голограммы были предложены новые методы повышения чувствительности измерений, основанные на восстановлении волнового фронта в высших порядках дифракции и пе резаписи голограмм.

К моменту появления первых публикаций автора данной моно графии был достигнут определенный успех в развитии метода гологра фической интерферометрии фазовых объектов, но ряд вопросов оста вался не исследованным. При повышении чувствительности измерений и компенсации аберраций традиционными способами пришлось столк нуться с ухудшением качества конечных интерферограмм, а также с проблемами, связанными с остаточными аберрациями. Данные факторы значительно ограничивали возможности в достижении высокой чувст вительности измерений. Повышение чувствительности измерений мето да сдвиговой интерферометрии ограничивалось лишь использованием для этих целей высших порядков дифракции света на голограмме, что не всегда достаточно полно раскрывало возможности метода при иссле довании фазовых объектов.

В силу вышесказанного поиск и выявление путей достижения бо лее высокой чувствительности измерений и разработка новых высоко чувствительных интерференционно-голографических методов исследо вания фазовых объектов являются актуальной задачей исследований, решение которой позволит создать комплекс методов для исследования физических явлений и контроля параметров различных объектов на бо лее высоком уровне.

4 Предисловие Данная монография обобщает результаты научных исследований автора, выполненных в Учреждении образования «Гродненский госу дарственный университет имени Янки Купалы», по решению проблемы расширения измерительных возможностей голографической интерфе рометрии фазовых объектов.

В первой главе монографии проведен аналитический обзор по развитию методов повышения чувствительности измерений в гологра фической интерферометрии фазовых объектов и рассмотрены основные схемы оптической обработки голограмм, используемые в голографиче ской интерферометрии. Здесь определены основные факторы, ограни чивающие достижение высокой чувствительности измерений. Часть первой главы и вторая глава посвящены разработке различных способов достижения высокой чувствительности измерений в голографической интерферометрии фазовых объектов. В третьей главе рассмотрены во просы повышения чувствительности измерений метода голографиче ской интерферометрии малого бокового, а в четвертой – большого бо кового и реверсивного сдвигов.

ВВЕДЕНИЕ Под фазовыми объектами понимают такие прозрачные и отра жающие объекты, которые изменяют форму волнового фронта прошед шей или отраженной световой волны. Методы исследования такого рода объектов, основанные на явлении интерференции и пространственной фильтрации, получили новый толчок к развитию и совершенствованию после создания лазерных источников света и практического осуществ ления голографического метода регистрации и восстановления волново го фронта, искаженного исследуемым объектом Голографический метод регистрации и воспроизведения объектов был предложен в 1948 г. Д. Габором [1]. Идея метода голографии воз никла как модификация более ранних работ У.Л. Брегга по визуализа ции кристаллической решетки с помощью процесса дифракции на снимке дифракционной картины, полученной в рентгеновских лучах, а также М. Вольке, посвященных теории дифракционного изображения и использования дифракционной картины для получения оптического изображения кристаллической решетки [2;

3]. В 1962 г. Ю.Н. Денисю ком в результате обобщения круга явлений, лежащих в основе интерфе ренционной цветной фотографии Г. Липпмана и голографического ме тода Д. Габора, были четко сформулированы принципы оптической го лографии и предложен метод записи голограмм в трехмерных средах [4], а Е.Н. Лейт и Ю. Упатниекс окончательно усовершенствовали голо графический метод Габора, предложив двухлучевую схему голографи рования [5].

Опубликование основополагающих работ по голографии [1;

4;

5] и создание лазерных источников когерентного света явилось мощным толч ком к использованию голограмм в различных областях науки и техники.

Поиск новых сред и носителей регистрации голографической информации стимулировал создание динамической голографии. Первый эксперимент по наблюдению обращения волнового фронта методами динамической голо графии был выполнен белорусскими учеными Б.И. Степановым, Е.В. Ива 6 Введение киным и А.С. Рубановым. Отмечено, что качество изображения, восстанов ленного с динамических голограмм, не уступало изображению, восстанов ленному в той же схеме на пленке типа Микрат [6].

Благодаря возможностям записи и восстановления волнового фронта, голографический метод нашел многочисленные практические применения в оптической диагностике различных стационарных и ди намических объектов [7;

8]. Наиболее весомый вклад внесла голография в интерферометрию. Голографическая интерферометрия фазовых объ ектов была практически одновременно предложена рядом исследовате лей [9–12]. После практической реализации голографической интерфе рометрии значительно расширились возможности оптической диагно стики фазовых объектов. Стало возможным восстанавливать с одиноч ной голограммы волновой фронт, искаженный исследуемым объектом, и исследовать его различными классическими способами: прямотене вым, теневыми с использованием большой разновидности визуализи рующих диафрагм, методами двухлучевой и сдвиговой интерферомет рии [12–14]. Голографическая интерферометрия в отличие от классиче ской интерферометрии позволила осуществлять интерференционные измерения не только коллимированных, но и диффузно рассеянных пучков. Это дало возможность исследовать интерференционными спо собами деформации, смещения и вибрации диффузно отражающих объ ектов [15]. Следует отметить и более раннюю работу [16] по изучению муаровых картин, образованных двумя фотографически изготовленны ми решетками, имеющую непосредственное отношение к идее гологра фической интерферометрии. Аналогия между муаровой картиной и го лографической интерферограммой позволила достаточно просто с по мощью голодиаграммы [17] предсказывать вид интерференционной картины при изменении исследуемой поверхности.

Голографическая интерферометрия не только обладает всеми свойствами обычного интерферометра, но имеет и ряд совершенно но вых возможностей. Основная из них – исключение влияния аберраций и дефектов оптических элементов при получении конечных интерферен ционных картин. Это позволило проводить точные интерференционные измерения в оптических схемах с низкокачественной и дешевой опти Введение кой. Методы голографической интерферометрии (двухэкспозиционной, дифференциальной или в реальном масштабе времени) дали возмож ность исследовать различные процессы в оптических кюветах со стек лами очень низкого качества, что для классической интерферометрии было в принципе невозможно [18–20].

Значительно расширилась область применения голографической интерферометрии при исследовании как прозрачных, так и непрозрач ных объектов, когда были предложены способы восстановления интер ферограмм с различной настройкой опорных полос при использовании раздельных голограмм (одна с объектом, а другая без объекта) [21;

22].

Голограммы при их оптической обработке располагались вплотную друг к другу или в оптически сопряженных плоскостях. Данные спосо бы позволили компенсировать аберрации оптической системы регист рации голограмм. Настройка на опорные полосы конечной ширины дос тигалась относительным разворотом или наклоном голограмм.

Применение принципов голографии при интерферометрических исследованиях фазовых объектов открыло еще одну важную возмож ность – это повышение чувствительности измерений.

В ряде задач, встречающихся при измерении малых изменений разности фаз, чувствительность классических интерференционных спо собов была уже недостаточна [23]. Если способы трехлучевой интерфе рометрии или способы голографирования с использованием нескольких длин волн обычно удваивают чувствительность измерений, то исполь зование нелинейных эффектов позволяет достичь повышение чувстви тельности измерений более чем в десять раз [19;

20;

24;

25]. Еще боль шей чувствительности измерений можно достичь, используя перезапись голограмм [26]. Однако при повышении чувствительности ухудшалось качество конечных восстановленных интерференционных картин из-за различных факторов. Поэтому выявление этих факторов и поиск путей достижения более высокой чувствительности измерений вызывало у исследователей особый интерес.

Попытки переноса способов повышения чувствительности изме рений фазовых объектов на диффузно рассеивающие не нашли практи ческого применения. Проведенные авторами [27] исследования показа 8 Введение ли, что для диффузно рассеивающих объектов прямое применение вы шеотмеченных способов повышения чувствительности измерений за труднено. Однако в дальнейшем было показано, что использование не линейной обработки дифракционных и интерференционных картин по зволяет повысить чувствительность определения линейных размеров микрообъектов [28]. Применяя голографирование диффузно рассеи вающих объектов с использованием двух длин волн или помещая объ ект в иммерсионные жидкости, можно изменять чувствительность из мерений, но в очень ограниченном диапазоне [29;

30].

Использование принципов оптической обработки интерференци онных спектрограмм открыло новые возможности перед голографиче ской интерференционной спектроскопией. В первую очередь – это по вышение чувствительности измерений малых концентраций погло щающих веществ, а также наблюдение новых эффектов при взаимодей ствии светового поля излучения лазера с атомными системами [31;

32].

Применение принципов голографии в классической интерферо метрии с опорной волной послужило развитию нового направления – голографической интерферометрии, ставшей высокоточным методом исследования различных параметров прозрачных и отражающих объек тов [33–36]. На основе свойств голограммы были предложены новые методы повышения чувствительности измерений, основанные на вос становлении волнового фронта в высших порядках дифракции и пере записи голограмм.

ГЛАВА ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ 1.1. Повышение чувствительности измерений в голографической интерферометрии (обзор литературы) Исследование прозрачных объектов с малыми неоднородностями методами двухлучевой интерферометрии c опорной волной вызывает затруднения в связи с незначительной деформацией волнового фронта зондирующей волны, приводящей к малому смещению интерференци онной полосы. Непосредственно измеряемой величиной в интерферо метрии является смещение P 0 интерференционной полосы, отнесенное к периоду P, которое пропорционально набегу фазы Ф 0 зондирующей волны при однократном прохождении через прозрачный объект. Со гласно ГОСТ 16263-70 под чувствительностью C прибора понимается отношение изменений регистрируемого сигнала dl на выходе измери тельного прибора к вызывающему его изменению dx измеряемой вели чины, т.е. C = dl. Согласно такому определению в интерферометрии dx чувствительность можно определить, как это сделано в [29]:

P C 0 = 2. (1.1) P Такая запись определения чувствительности C удобна тем, что для двухлучевой интерферометрии (как обычной, так и голографиче ской) величина C0 = 1.

10 Глава В методах регулирования чувствительности измерений величина C показывает, во сколько раз чувствительность данного метода отлича ется от чувствительности двухлучевой интерферометрии. В голографи ческой интерферометрии для повышения чувствительности измерений используется запись волнового фронта, а также его восстановление.

Таким образом, под чувствительностью голографического метода по нимается отношение деформации волнового фронта, восстановлен ного с голограммы, к деформации волнового фронта 0, прошедшего исследуемый прозрачный объект:

Ch =. (1.2) Так как измеряемой величиной в любом голографическом интер ференционном методе является смещение Ph интерференционной по лосы, отнесенное к периоду, в точке интерференционного поля, полу ченного при интерференции восстановленных волновых фронтов с го лограммы, то чувствительность измерений голографического метода можно определить еще как [37]:

P Ch = h. (1.3) P Таким образом, повышение чувствительности метода приводит к увеличению смещения интерференционной полосы и соответственно к увеличению точности измерений, что особенно актуально при исследо вании малых оптических неоднородностей.

Повышение чувствительности измерений в два раза было достиг нуто в трехлучевой голографической интерферометрии [38;

39] за счет получения интерференционной картины при наложении комплексно сопряженных ±1 -х порядков дифракции. В этом методе применялась линейная регистрация голограммы. При восстановлении голограммы, зарегистрированной в нелинейных условиях, было обнаружено, что де формация восстановленного волнового фронта возрастает пропорцио Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений нально порядку дифракции. Это свойство было успешно использовано для получения интерференционной картины повышенной чувствитель ности измерений [40]. Наибольший эффект для достижения высокой чувствительности дает интерференция волн, восстановленных в высших комплексно сопряженных порядках дифракции. В этом случае достига ется повышение чувствительности измерений в 2n (n = 1, 2, 3,...) раз, где n – номер выделяемых комплексно сопряженных порядков дифрак ции при оптической обработке голограммы [41;

42].

Однако использование одной объектной голограммы при получе нии интерференционных картин повышенной чувствительности изме рений имеет существенный недостаток. Фазовые искажения восстанов ленных волн, вызванные аберрациями и дефектами используемой опти ческой системы регистрации голограммы, увеличивались также про порционально порядку дифракции. Таким образом, рассмотренные ме тоды [40–42] применимы для голограмм, полученных в оптических сис темах высокого качества или при исследовании неоднородностей в очень небольших зонах, для которых аберрациями оптической системы можно пренебречь.

Наибольшее практическое распространение получил голографи ческий метод повышения чувствительности измерений, основанный на обработке двух раздельных оптически сопряженных голограмм нели нейного вида [43;

44]. Для реализации данного метода необходимы объ ектная и эталонная (зарегистрированная без объекта, но в тех же усло виях) голограммы. При выделении волн, дифрагированных ± n -х по рядках, чувствительность измерений в наблюдаемой интерференцион ной картине повышена в 2n раз, а аберрации системы регистрации го лограмм компенсированы. Однако данная схема оптической обработки голограмм, кроме жестких требований по совмещению изображений голограмм, еще имеет другой недостаток. Волны + n -го и n -го поряд ков дифракции на первой голограмме распространяются по разным пу тям в системе восстановления, что и приводит к остаточным аберраци ям в конечной восстановленной интерференционной картине. Величина последних определяется качеством оптики и номерами используемых 12 Глава порядков. Кроме этого, при настройке на конечные полосы за счет раз ворота или наклона голограмм также будут возникать остаточные абер рации, но уже оптической системы регистрации голограмм.

Рассмотренные недостатки можно частично ликвидировать, при меняя другой метод восстановления волнового фронта в высших поряд ках дифракции. Это – метод вторичных голограмм [45]. Вторичная голо грамма представляет собой двухэкспозиционную голограмму с настрой кой на частые опорные полосы, зарегистрированную в нелинейных усло виях. При получении такой голограммы между экспозициями объектной и эталонной голографических структур изменялась их ориентация. Ис пользование вторичных голограмм позволило достичь повышения чувст вительности измерений в 14 раз с компенсацией аберраций оптической системы записи голограмм [45]. Однако и этот метод повышения чувст вительности измерений не лишен недостатков. Остаточные аберрации системы регистрации голограммы также присутствуют в конечных ин терференционных картинах вследствие изменения угла голографирова ния между экспозициями при получении вторичной голограммы. Кроме этого, система оптической обработки голограмм двумя когерентными пучками должна удовлетворять высоким требованиям качества.

Компенсация аберраций в трехлучевой голографической интер ферометрии происходит на стадии получения муаровой картины [39].

Однако методика трехкратного экспонирования сложна, а качество по лучаемых муаровых картин низко даже при небольшом коэффициенте повышения чувствительности [20].

Ограничение в достижении более высоких значений коэффици ента чувствительности измерений при использовании нелинейных свойств голограмм связано со значительным ростом шумов и снижени ем дифракционной эффективности высших порядков дифракции. Этот недостаток частично исключает метод повышения чувствительности измерений, основанный на перезаписи голограмм, как одним пучком пространственно некогерентного света [26], так и двумя когерентными пучками [31]. Модификация метода перезаписи голограммы одним пуч ком, предложенная в работе [46], позволила компенсировать аберрации оптических систем регистрации и перезаписи голограмм. Для этих це Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений лей была использована эталонная голограмма, которая также перезапи сывалась. Аберрации компенсировались на этапе получения конечной интерференционной картины при совмещении перезаписанных объект ной и эталонной голограмм. При перезаписи голограмм одним пучком света возрастает несущая частота голографических полос на перезапи санных голограммах, что ограничивает число циклов перезаписи и тем самым достижение высокой чувствительности. О достижении макси мальной чувствительности измерений в 24 раза при перезаписи одним пучком пространственно некогерентного света сообщается в работе [46]. Перезапись голограмм двумя пучками когерентного света позволя ет снять ограничения на число циклов перезаписи за счет регулирования несущей частоты голографических полос на перезаписанных голограм мах. Однако использование пространственно когерентного света при перезаписи приводит к снижению качества в конечных интерферограм мах из-за шумов, связанных с дифракцией света на частицах пыли и различного рода дефектах оптики. В этом отношении способ перезаписи голограмм двумя пучками уступает способу перезаписи одним пучком пространственно некогерентного света.

Перезапись одноэкспозиционной голограммы, зарегистрирован ной в ИК диапазоне, с последующей нелинейной регистрацией была использована для повышения чувствительности измерений, при этом также частично компенсировались аберрации [47]. Перезапись двухэкс позиционной голограммы на новый носитель в нелинейных условиях [48], также позволила повышать чувствительность измерений. Однако недостатки, свойственные вторичным голограммам [45], в этом способе также не были устранены. В работах [49;

50] сообщается об использова нии перезаписи голограмм, полученных при рассеянном освещении, и спекл-интерферограмм. Последняя работа носит чисто теоретический характер и не подтверждена экспериментально.

Второй подход в повышении чувствительности измерений состо ит в записи на голограмму волнового фронта, многократно прошедшего исследуемый прозрачный объект [51]. Сочетание метода многократного просвечивания объекта и нелинейной регистрации голограммы позволя ет на стадии оптической обработки повышать чувствительность изме 14 Глава рений в 2 Ln раз, где L – число проходов зондирующего пучка через исследуемый фазовый объект [20]. В работе [52] рассмотрены различ ные схемы и способы с многократным прохождением светового пучка через объектную голограмму. Такую замену объекта на голограмму це лесообразно использовать при изучении быстропротекающих процес сов. Однако вышеотмеченные способы повышения чувствительности измерений сложны в юстировке оптических схем и чувствительны к аберрациям подложек голограмм, что позволяет достигать незначитель ных значений коэффициента чувствительности измерений.

Регистрация голографических интерферограмм с использованием двух длин волн позволяет изменять чувствительность измерений как в сторону повышения, так и понижения, что очень ценно при интерфе ренционном исследовании сильных оптических неоднородностей [53;

54]. При использовании нелинейной регистрации голограмм, а так же способов компенсации аберраций возможности двухдлинноволновой голографической интерферометрии были значительно расширены [55].

Особенно удачное применение нашел метод двухдлинноволновой голо графической интерферометрии при изучении концентрации электронов в плазме [56]. В работе [57] проведен обзор применения двухдлинно волновой голографической интерферометрии для различных плазмен ных объектов.

В вышерассмотренных методах повышения чувствительности ин терференционных измерений конечная интерференционная картина обра зовывалась при интерференции двух световых волн. В этом случае за точность считывания смещения интерференционной полосы в двухлуче вой интерференционной картине обычно принимается 0,1 периода [20].

Однако существуют методы, позволяющие понизить эту величину, а зна чит, и повысить точность измерений. Эти методы основаны на многолу чевой интерференции. Использование нелинейных свойств голограммы позволило получать многолучевую интерференционную картину при сложении большого числа дифрагированных на нелинейной голограмме объектных волн [58]. Повышение точности считывания смещения интер ференционной полосы достигалось за счет обострения ее профиля.

Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений Повышение точности считывания смещения интерференционной полосы также можно достичь при электронной фазоизмерительной об работке интерференционной картины [59;

60].

Из проведенного обзора литературы видно, что разработке методов повышения чувствительности измерений в голографической интерферо метрии уделялось серьезное внимание. Методы повышения чувствитель ности измерений находили практические применения в различных диаг ностических задачах. Однако целый ряд вопросов ко времени публика ций, составивших содержание настоящей монографии, оставался откры тым и, естественно, требовал решения. Наиболее актуальной задачей яв лялось выявление факторов, снижающих качество голограмм и восста новленных интерферограмм при повышении чувствительности измере ний в голографической интерферометрии прозрачных объектов, и дости жение более высокой чувствительности измерений за счет увеличения степени компенсации аберраций и улучшения качества конечных интер ференционных картин, визуализирующих оптические неоднородности.

1.2. Основные схемы оптической обработки голограмм и принципы повышения чувствительности измерений Существует большое разнообразие построения оптических схем ре гистрации голограмм фазовых объектов. Следует отметить, что схемы, ис пользующие при записи голограммы рассеянное излучение, в дальнейшем не пригодны для оптической обработки с повышением чувствительности измерений. Для регистрации голограмм прозрачных объектов пригодны и классические интерферометры, например, типа Маха – Цендера [61]. Появ ление лазеров внесло коренные изменения в построение оптических схем записи голограмм. Были усовершенствованы классические системы опти ческой диагностики прозрачных сред, например, теневой прибор ИАБ-451, а также появились новые лазерные интерферометры [18;

20].

16 Глава Для получения интерференционных картин, визуализирующих оптические неоднородности исследуемых прозрачных объектов, при годны и сами оптические системы записи голограмм. Но при получении интерференционных картин повышенной чувствительности измерений чаще используют иные схемы оптической обработки голограмм. Можно выделить две основные схемы оптической обработки голограмм, ис пользуемые как при получении конечных интерферограмм повышенной чувствительности, так и для перезаписи голограмм [37;

62].

Проанализируем эти схемы оптической обработки голограмм на примере оптической обработки одноэкспозиционных голограмм, но в отличие от [37;

62] учтем влияние аберраций на результирующие ин терференционные картины. Предположим, что записана голограмма исследуемого фазового объекта. Совместим плоскую систему координат xoy с плоскостью объектной голограммы, а ось ox направим перпен дикулярно полосам голографической структуры. Амплитудное пропус кание объектной голограммы:

{ + cos[2x + + ]} 1, (1.4) где – несущая частота голографических полос, связанная с периодом T = 1, и – изменения фазы, вызванные аберрациями оптической системы регистрации голограммы и исследуемым фазовым объектом, – коэффициент контрастности фотоэмульсии, определяющий нели нейность регистрации голограммы. Линейная регистрация соблюдается при выполнении условия = 2 [20].

Первая схема оптической обработки голограмм с использованием двух коллимированных когерентных пучков света наиболее универ сальна. Она применима для оптической обработки одноэкспозиционых, двухэкспозиционных одиночных голограмм, а также совмещенных го лограмм. Когерентные световые пучки могут быть сформированы с по мощью двухлучевого интерферометра, например, Маха – Цендера, ко торый позволяет произвольным образом независимо регулировать на Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений правление распространения каждого пучка. Комплексные амплитуды первой и второй освещающих голограмму волн на выходе интерферо метра можно представить в виде:

A = a exp{i[2 ( x + y ) + ]}, (1.5) A = a exp{i[2 ( x + y ) + ]}, (1.6) где a и a – действительные амплитуды, предположим, что при опти ческой обработке выполняется условие a = a = 1,, и, – со ставляющие пространственных частот волн, определяющие их направ ления распространения, и – искажения волновых фронтов первой и второй волн аберрациями интерферометра. Составляющие простран ственных частот, например, первой волны, связаны с ее направляющи ми косинусами и длиной волны соотношениями = cos x, cos, где, – углы между осями ox, oy и направлением = y y x распространения волны. Голограмма 1 (рисунок 1.1) освещается волна ми A и A под определенными углами к голографическим структурам.

В задней фокальной плоскости объектива 2, на диафрагме 3 наблюда ются две (от каждого из пучков) идентичные системы максимумов волн, дифрагированных на голограмме. Комплексные амплитуды дифрагиро ванных волн на выходе голограммы от каждого освещающего пучка определятся как + an exp[i(2nx + n + n )], A (1.7) n = + an exp[i(2nx + n + n )].

A (1.8) n = В выражениях (1.7) и (1.8) амплитудное пропускание голограммы представлено в виде ряда Фурье в комплексной форме. Регулирование 18 Глава направления распространения световых пучков, освещающих голо грамму 1, позволяет независимо совмещать любой дифракционный мак симум из каждой системы с произвольным отверстием в диафрагме 3.

1 – голограмма;

2, 4 – объективы;

3 – диафрагма;

5 – плоскость наблюдения интерференционной картины или записи голограммы Рисунок 1.1 – Схема оптической обработки голограмм двумя когерентными пучками света Обычно для получения конечных интерферограмм используется одно отверстие в диафрагме 3. Подберем углы освещения волнами (1.5) и (1.6) голограммы так, чтобы волны, дифрагированные в + n -й и n -й порядки из систем (1.7) и (1.8), распространялись в одном направлении, например, вдоль оптической оси устройства, и проходили через отвер стие в диафрагме 3. Их комплексные амплитуды в плоскости 5, оптиче ски сопряженной объективом 4 с голограммой 1, согласно (1.5) – (1.8) имеют вид An = an exp{i[ + n( + )]}, (1.9) An = an exp{i[ n( + )]}. (1.10) В плоскости 5 эти волны образуют интерференционную картину I 1 + cos{[( ) + 2n ] + 2n }. (1.11) Чувствительность измерений в интерферограмме повышена в 2n раз. Регулирование настройки интерференционных полос достигается изменением направления распространения одного из освещающих голо Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений [( ) + 2n ] грамму 1 пучков света. Величина определяет остаточ ные аберрации.

При перезаписи голограммы вида (1.4) в диафрагме 3 использу ются два отверстия, задающие несущую частоту полос голографической структуры на новом носителе, который устанавливается в положение 5.

Предположим, что центры отверстий расположены на отрезке, парал лельном оси ox. При перезаписи голограммы направляют освещающие пучки (1.5) и (1.6) на голограмму так, чтобы волны, дифрагированные в + n -й и n -й порядки, распространялись под некоторым углом друг к другу, а их максимумы в плоскости диафрагмы 3 попадали каждый в свое отверстие. В этом случае после химической обработки носителя амплитудное пропускание перезаписанной голограммы 1 { + cos{2 0 x + [( ) + 2n ] + 2n }}, (1.12) 1 где 0 – несущая частота голографических полос, определяемая поло жениями отверстий в диафрагме 3. При дальнейшем повышении чувст вительности измерений голограмма (1.12) устанавливается в положение 1, и процесс перезаписи повторяется. Можно показать, что после N циклов перезаписи амплитудное пропускание объектной голограммы будет иметь вид [ ] { { }} N 1 + cos 2 0 x + + (2n )N + (2n )N, (1.13) где – определяет аберрации системы перезаписи, накопленные за N циклов. В процессе перезаписи величина может принимать различ ные значения. Например, при правильной установке перезаписанной голограммы по отношению к освещающим пучкам на каждый четный цикл перезаписи величина может даже принимать и нулевое значе ние, как это наблюдается в голографической интерферометрии реально го масштаба времени [19].

Для компенсации увеличенных аберраций системы регистрации голо грамм используется эталонная голограмма [46], зарегистрированная без объ екта в тех же условиях, что объектная (1.4). Ее амплитудное пропускание 20 Глава { + cos[2x + ]} 1. (1.14) После N циклов перезаписи амплитудное пропускание эталон ной голограммы [ ]}} { { 1 + cos 2 0 x + + (2n )N. (1.15) N Для получения конечной интерференционной картины перезапи санные голограммы (1.13) и (1.15) точно совмещаются и получают ин терференционную картину вида [ ] I N 1 + cos (2n )N. (1.16) Из (1.16) видно, что аберрации полностью исключены, а чувстви тельность измерений повышена в (2n)N раз.

На рисунке 1.2 приведена принципиальная схема оптической об работки голограмм в пространственно некогерентном свете. Главная особенность такой схемы – возможность использования пространствен но некогерентного источника света, а значит, и снижения когерентного шума. В качестве такого рода источника света можно использовать ла зерные источники когерентного света, но конечных линейных размеров, что может быть реализовано использованием вращающегося рассеива теля, установленного вблизи фокальной плоскости микрообъектива те лескопа. Линейные размеры источника в этом случае регулируются по ложением плоскости вращающегося рассеивателя по отношению к фо кальной плоскости микрообъектива. В качестве источников пространст венно некогерентного света можно использовать и источники белого света. Линейные размеры и ширина спектра для белых источников света выбираются такими, чтобы в плоскости диафрагм 3, 7 (рисунок 1.2) не происходило наложение соседних дифракционных порядков. Для реа лизации данного обязательного условия линейные размеры источника регулируются диаметром отверстия в диафрагме конденсорной систе мы, а ширина спектра обычно сужается посредством светофильтров.

Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений В этом случае голограмма 1, например, объектная вида (1.4), ос вещается по нормали одним практически коллимированным пучком.

Комплексная амплитуда этой волны может быть представлена в виде (1.5) с учетом = 0 и = 0. В задней фокальной плоскости объектива устанавливается диафрагма с двумя отверстиями выделяющими волны, дифрагированные на голограмме в ± n -е порядки:

An = a n exp{i[2nx + ( n1 + + n ) + n ]}, (1.17) An = an exp{ i[2nx ( n 2 + n ) + n ]}, (1.18) где n1 и n 2 – описывают искажения волновых фронтов, вследствие прохождения объективов 2, 4 по различным участкам. Величины этих искажений определяются номерами выделенных порядков дифракции.

В плоскости, оптически сопряженной объективом 4 с голограммой 1, устанавливается эталонная голограмма 5 вида (1.14). Распределение комплексных амплитуд на выходе голограммы 5 определится произве (A ). По нормали к голограмме 5 распространяются + An дением n волны, дифрагированные в ± n -е порядки. Их комплексные амплитуды согласно (1.14) и (1.17), (1.18) Bn = bn exp{i[( n1 + ) + n ]}, (1.19) Bn = bn exp{i[( n 2 + ) n ]}. (1.20) Эти волны выделяются отверстием в диафрагме 7, установленной в задней фокальной плоскости объектива 6, и в плоскости 9, оптически сопряженной объективами 6, 8 с голограммами 1, 5, образуют интерфе ренционную картину:

I n 1 + cos{( n1 n 2 ) + 2n }. (1.21) 22 Глава Чувствительность измерений в интерференционной картине по вышена в 2n раз, а величина остаточных аберраций равна ( n1 n 2 ).

1, 5 – голограммы;

3, 7 – диафрагмы;

2, 4, 6, 8 – объективы, 9 – плоскость на блюдения интерференционной картины Рисунок 1.2 – Схема оптической обработки голограмм в некогерентном свете При последовательной перезаписи голограмм перезаписываемая голограмма устанавливается в положение 1, и в положении 5 регистриру ется на новом носителе перезаписанная голограмма. Например, после одного цикла перезаписи объектной голограммы вида (1.4) волнами вида (1.17) и (1.18) амплитудное пропускание перезаписанной голограммы 1 { + cos{2 (2n )x + [( n1 n 2 ) + 2n ] + 2n }}. (1.22) 1 С возрастанием изменений в 2n раз фазы исследуемым объектом в 2n раз возросла несущая частота голографических полос перезапи санной голограммы. После N циклов перезаписи амплитудное пропус кание примет вид:

[ ] { { }} N 1 + cos 2 (2n )N x + n + (2n )N + (2n )N, (1.23) где n – накопленные аберрации системы перезаписи голограмм. Из выражения (1.23) видно, что рост несущей частоты полос ограничивает число циклов перезаписи и тем самым достижение более высокой чув [ ] ствительности измерений. Для исключения аберраций n + (2n )N в Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений перезаписанной объектной голограмме (1.23) используется перезапи санная в тех же условиях эталонная голограмма (1.14) с амплитудным пропусканием [ ]}} { { 1 + cos 2 (2n )N x + n + (2n )N. (1.24) N Интерференционная картина с повышенной чувствительностью измерений при использовании перезаписанных голограмм (1.23), (1.24) может быть получена при их совмещении. Распределение освещенности в интерференционной картине определится аналогично, как и в выра жении (1.16).

При настройке на конечные опорные полосы в интерференцион ной картине используется обычно разворот голограмм [20]. Однако вследствие значительной величины накопленных аберраций [ ] + (2n )N такая настройка приводит к заметным остаточным абер n рациям. Вследствие этого очевидно, что здесь нужен совершенно иной подход в настройке интерференционных полос.

1.3. Факторы, ограничивающие достижение высокой чувствительности измерений Следует выделить ряд причин, ограничивающих достижение вы соких значений коэффициента чувствительности измерений при ис пользовании вышерассмотренных способов. Одна из них связана с фи зическими особенностями реализации ряда голографических способов повышения чувствительности измерений. Для способов повышения чувствительности измерений, основанных на получении интерференци онных картин с использованием волн, дифрагированных в высших по рядках, получение высокой чувствительности измерений ограничено падением дифракционной эффективности и ростом шумов в высших порядках дифракции. Максимальная чувствительность в 14 раз достиг нута при использовании волн, дифрагированных ±7 -х порядках [45].

24 Глава Использование многоходовой голографической интерферометрии по зволило получить интерференционные картины течения газа в сопле, присоединенном к торцу ударной трубы, с увеличением чувствительно сти измерений в 16 раз [63]. Однако количество проходов через иссле дуемую зону прозрачного объекта ограничено тем, что каждый после дующий проход происходит через определенный временной промежу ток, что нежелательно при исследовании быстропротекающих процес сов. Кроме этого, в многопроходных интерферометрах практически все гда возникают проблемы с оптическим сопряжением исследуемого объ екта с плоскостью регистрации голограммы.

При перезаписи голограмм одним пучком могут быть использо ваны источники пространственно некогерентного света, что значитель но уменьшает уровень шумов, связанных с дифракцией света на пылин ках и дефектах оптики. Однако вследствие роста несущей частоты по лос голографических структур на перезаписанных голограммах количе ство циклов перезаписи голограмм ограничено, что также, в конечном счете, не позволяет достигать высоких значений чувствительности из мерений. Автором работы [46] приводятся сведения о повышении чув ствительности измерений в 24 раза при перезаписи голограмм одним пучком некогерентного света.

Способ перезаписи голограмм двумя пучками когерентного света [31] вышерассмотренный недостаток устраняет. Однако вследствие ис пользования когерентного источника света рост шумов значительно выше, чем для способа перезаписи одним пучком пространственно не когерентного света [46]. Рост шумов на перезаписанных голограммах приводит к дополнительным искажениям полос восстановленных ин терференционных картин, что также ограничивает достижение высокой чувствительности измерений. При повышении чувствительности изме рений за счет перезаписи голограмм двумя когерентными пучками со общается о достижении повышения чувствительности измерений в раз [64]. Однако характер поведения полос приведенных восстановлен ных интерференционных картин свидетельствует о значительном уров не шума и соответственно о большой погрешности измерений при рас шифровке таких интерферограмм. Авторами [31] при перезаписи спек Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений трограмм двумя когерентными пучками достигнуто повышение чувст вительности измерений в 512 раз. Однако в работе не приводятся сведе ния о величине погрешности измерений, например, из-за аберраций системы регистрации и оптической обработки спектрограмм, которые также возросли.

Остаточные аберрации и их рост при реализации способов повы шения чувствительности измерений – также одна из причин ограниче ния достижения чувствительности измерений. Остаточные аберрации нельзя исключить полностью. Возникновение остаточных аберраций в конечных интерференционных картинах связано с неточным совмеще нием объектной и эталонной голограмм или освещающих волн и голо граммы. Величина такой ошибки определяется механикой держателей оптических элементов и голограмм, а также способами контроля точно сти положения голограммы. Кроме этого, неточность совмещения фронта освещающей волны с волновым фронтом, записанным на голо грамме, связана и с неравномерной усадкой фотоэмульсии. С такой проблемой впервые столкнулись в голографической интерферометрии реального масштаба времени. При установке эталонной голограммы в прежнее место возникали трудности в получении интерференционной картины с настройкой на полосы бесконечной ширины. В двухэкспози ционной голографической интерферометрии при настройке на полосы бесконечной ширины возникновение полос конечной ширины на вос становленном объекте объяснялось смещением освещающих носитель волн вследствие вибраций, а также тепловыми потоками в зоне прохож дения световых пучков [19].

Возникшие остаточные аберрации вследствие неточности совме щения голограмм или установки голограммы по отношению к осве щающему световому пучку, а также последствия усадки фотоэмульсии приводят к дополнительным погрешностям измерений. При перезаписи голограмм с целью повышения чувствительности остаточные аберра ции, возникшие, например, во время первого цикла перезаписи будут при осуществлении способа возрастать прямо пропорционально увели чению чувствительности измерений, что, в конечном счете, ограничит достижение высокой чувствительности измерений.

26 Глава Влияние остаточных аберраций на ограничение чувствительно сти измерений было исследовано экспериментально при реализации способа перезаписи голограмм одним пучком света от пространсвенно некогерентного источника и двумя пучками от когерентного источника [66;

67]. Данный способ перезаписи [66] позволял снять ограничения на количество циклов перезаписи за счет использования двух когерентных пучков, а также уменьшить уровень шума за счет использования про странственно некогерентного источника света. Для оценки величины остаточных аберраций в процессе перезаписи использовались две иден тичные эталонные голограммы, полученные в интерферометре Маха – Цендера, которые последовательно перезаписывались по способу [66].

На последнем этапе перезаписанные эталонные голограммы совмеща лись. При перезаписи голограмм точность их установки в оптическую схему контролировалась по муаровой картине, по достижению настрой ки на полосы бесконечной ширины. Величина волновых аберраций, зарегистрированных на голограммах, составляла 0,5. Исследования показали, что при увеличении чувствительности измерений в 96 раз ве личина не скомпенсированных искажений волнового фронта составила 0,5. При дальнейшем повышении чувствительности измерений, напри мер, в 192 раза, остаточные волновые аберрации уже были 2 [37;

67].

Рассмотрим процесс возникновения остаточных аберраций из-за ошибок юстировки и усадки фотоэмульсии при перезаписи объектной и эталонной голограмм. Согласно (1.4) и (1.14) искажения фаз аберрация ми исходных объектной и эталонной голограмм одинаковы и равны.

После первого цикла перезаписи с использованием ± n -х порядков ди фракции эти искажения возрастут в 2n раз, но вследствие ошибок юсти ровки или усадки фотоэмульсии, приводящих к сдвигу интерферирую щих волновых фронтов, они будут отличаться на величины и 0 :

1 = 2n( + ), (1.25) 10 = 2n( + 0 ). (1.26) Например, причину возникновения можно связать с тем, что волновые фронты интерферирующих волн (1.9) и (1.10) смещены друг Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений относительно друга при перезаписи голограммы или с тем, что плоско сти носителей голограмм не параллельны и т.п. Эти искажения можно представить в виде (x )1 + (y )1, (1.27) y x 0 (x )10 + (y )10, (1.28) x y где (x )1, (y )1 и (x )10, (y )10 – фиксированные относительные сме щения волновых фронтов вдоль осей ox,oy при перезаписи объектной и эталонной голограмм, определяющиеся ошибкой юстировки. Очевидно, что эти смещения значительно меньше не только размеров голограмм, но и исследуемой оптической неоднородности. Выражения, стоящие в правых частях (1.27) и (1.28) представляют полные дифференциалы функции, причем величины и 0 одинакового порядка малости.

Их влиянием в (1.25) и (1.26) можно пренебречь.

В этом случае после N циклов перезаписи голограмм величины аберраций в перезаписанных голограммах (1.13) и (1.14) будут опреде ляться в основном величиной (2n)N. Величина остаточных, т.е. не скомпенсированных аберраций, при получении интерференционной кар тины (1.16) вследствие ошибок совмещения объектной и эталонной голо грамм, а также вследствие различной степени усадки фотоэмульсии мо жет быть определена аналогично, как и для вышерассмотренного случая:

N (2n )N (x )N + (y )N, (1.29) x y где (x) N, (y) N – фиксированные относительные смещения вдоль осей ox, oy интерферирующих волновых фронтов, восстановленных с голо грамм. Из (1.29) видно, что независимо от вида функции, а также от величин смещений (x) N, (y) N остаточные аберрации растут прямо пропорционально чувствительности измерений, определяемой коэффи циентом (2n)N.

28 Глава Влияние волновых аберраций при восстановлении интерферен ционных картин в голографической интерферометрии для центрирован ных оптических систем изучалось ранее в работах [68–70]. Авторами были получены зависимости допустимых смещений волновых фронтов от их формы. Причем во всех работах за погрешность измерений по интерференционной картине принята 0,1 ширины полосы. При таком же подходе для нашего случая на функцию и допустимую величину (x )N 2 + (y )N 2, смещений волновых фронтов N = налагаются тре бования в (1.29) такие, чтобы N 0,2.

Наибольший интерес представляет определение путей уменьше ния величины остаточных аберраций при перезаписи голограмм. В вы шерассмотренном случае накопленные аберрации системы регистрации, определяющие основной вклад в искажения волнового фронта, исклю чались на последнем этапе при получении интерференционной картины с повышенной чувствительностью измерений.

Предположим, каким-либо способом аберрации системы регист рации в объектной и эталонной голограммах компенсируются еще до начала их перезаписи. Величина не скомпенсированных искажений вследствие вышерассмотренных ошибок юстировки и усадки фото эмульсии в голограммах (1.4) и (1.14) определятся как (x ) + (y ), (1.30) y x 0 (x )0 + (y ), (1.31) x y где (x), (y) и (x) 0, (y) 0 – фиксированные относительные смещения вол новых фронтов вдоль осей ox,oy при компенсации аберраций в объектной и эталонной голограммах. Подставив (1.30), (1.31) в (1.25), (1.26) с учетом (1.27), (1.28) получим, что величины основных искажений фазы в объект ной и эталонной голограммах после N циклов перезаписи определятся как N (2n )N (x ) + (y ), (1.32) x y Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений N 0 (2n )N (x )0 + (y ). (1.33) x y Как и для вышерассмотренного случая, в выражениях (1.32) и (1.33) дифференциалы более высоких порядков не учитываются. Оче видно, что величины смещений волновых фронтов и 0 при компенса ции аберраций исходных объектной и эталонной голограмм можно счи тать приблизительно равными, т.е.

(x ) 2 + (y ) 2 (x )0 2 + (y )0. (1.34) Величины остаточных, не скомпенсированных аберраций в ин терференционной картине, возникающие вследствие ошибок при со вмещении объектной и эталонной голограмм, а также вследствие усадки фотоэмульсии, определятся N (2n )N (x )N (x ) + (y )N (y ), (1.35) x 2 y где (x )N и (y )N – фиксированные относительные смещения вдоль осей ox, oy интерферирующих волновых фронтов, восстановленных с голограмм. Очевидно, что величины смещений волновых фронтов для случаев (1.29) и (1.35) практически равны или, в крайнем случае, имеют тот же порядок, т.е.

(x )N 2 + (y )N 2 (x )N + (y )N (x ) 2 + (y ) 2.

2 (1.36) В (1.29) и (1.35), в квадратных скобках дифференциалы соответ ственно первого (1.29) и второго (1.35) порядков. С учетом повышаю щей малости дифференциалов более высокого порядка [71] можно ут верждать, что величина остаточных аберраций для второго случая (1.35) значительно меньше, чем для первого (1.29), т.е. N N.

30 Глава Таким образом, можно определить основные пути достижения более высокой чувствительности измерений в голографической интер ферометрии фазовых объектов.

Во-первых, при реализации способов повышения чувствительно сти измерений для уменьшения шумов, связанных с дифракцией на час тицах пыли, дефектах оптики, необходимо использовать пространст венно некогерентное освещение.

Во-вторых, исключение аберраций на начальном этапе повыше ния чувствительности измерений при перезаписи голограмм обладает значительно большим эффектом уменьшения величины остаточных аберраций в конечных интерференционных картинах, чем в случае ком пенсации аберраций традиционным способом на конечном этапе полу чения интерференционных картин, что позволит достичь больших ко эффициентов повышения чувствительности измерений.


Для уменьшения влияния усадки фотоэмульсии голограмм мож но использовать предварительное ее задубливание, а также снятие на пряжений и сушку согласно методике, описанной в работе [72], или другие типы носителей голографической информации, не испытываю щие усадку.

Однако есть и другой подход для фотоэмульсии: сделать так, чтобы усадка фотоэмульсии на объектной и эталонной голограммах была одинаковой. В этом случае, очевидно, на стадии получения интер ференционной картины искажения вследствие усадки фотоэмульсии компенсируются.

1.4. Исключение остаточных аберраций в интерферометрах Интерферометры, предназначенные для голографических иссле дований, допускают возможность существенного снижения аберраци онных требований к качеству волновых фронтов объектного и опорного пучков. Это связано с возможностью компенсации аберраций при полу Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений чении интерференционных картин. Однако при больших аберрациях голографического интерферометра не всегда удается восстанавливать интерференционные картины, удовлетворяющие требованию искривле ния интерференционной полосы не более 0,1 периода. Как это было от мечено выше, данная проблема еще более обостряется при повышении чувствительности измерений.

При реализации методов голографической интерферометрии в реальном масштабе времени и дифференциальной интерферометрии возникают сложности в точном совмещении волнового фронта, запи санного на эталонной голограмме, с волновым фронтом объектной вол ны. Например, при величине волновых аберраций оптической системы интерферометра 50 подвижки эталонной голограммы должны обеспе чивать точность смещения 5 мкм, что является в свою очередь очень сложной технической задачей [20]. Высокая точность совмещения вол нового фронта, записанного на голограмме, с объектной волной, усадка фотоэмульсии, а также тепловые потоки и вибрации при реальных ис следованиях значительно ограничивают возможность получения высо кой степени компенсации аберраций интерферометра, особенно при больших аберрациях оптических элементов объектной ветви.

Рассмотрим новый способ исключения аберраций интерферомет ра, работающего в реальном масштабе времени, основанный на регист рации дополнительной эталонной голограммы и позволяющий значи тельно увеличить степень компенсации остаточных аберраций [73;

74].

На рисунке 1.3 изображена оптическая схема, поясняющая сущ ность предложенного способа. Предположим, что на выходе интерфе рометра носитель 1 освещается по нормали эталонной (без объекта 10) волной и опорной волной с распределением комплексных амплитуд соответственно Ao = ao exp[i ], (1.37) Ar = ar exp[i 21x ], (1.38) где a r и a 0 – действительные амплитуды, в дальнейшем предположим, что a r = a 0, – искажения волнового фронта эталонной волны вследст 32 Глава вие аберраций объектной ветви, 1 – пространственная частота опорной волны, причем для удобства система координат xoy в плоскости регист ратора 1 ориентирована так, чтобы составляющая пространственной частоты 1 = 0. После экспонирования носителя 1 и его химической обработки, амплитудное пропускание 1 1 + cos[21 x + + 1 ], (1.39) где 1 – добавочные искажения фазы вследствие неоднородной усадки фотоэмульсии, определяемые дифференциалом вида (1.27), обычно ве личина 1.

1, 5 – эталонные голограммы;

2, 4, 6, 8 – объективы;

3, 7 – диафрагмы;

9 – плос кость наблюдения интерференционной картины;

10 – исследуемый фазовый объект Рисунок 1.3 – Оптическая схема исключения аберраций интерферометра После химической обработки эталонная голограмма вида (1.39) устанавливается в прежнее место. При освещении ее эталонной волной (1.37) в первом порядке дифракции восстановится волна с комплексной амплитудой A1 = a1 exp[i (21 x + 1 + 2 )], (1.40) где a1 – действительная амплитуда, 2 – добавочные искажения фазы вследствие неточной установки эталонной голограммы по отношению к волновому фронту освещающей волны Ar из-за сдвига или разворота голограммы, а величина их определяется дифференциалом вида (1.27).

Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений Однако всегда можно выполнить условия, при которых 2 значитель но меньше, чем сами искажения волнового фронта из-за аберраций объ ектной ветви.

Хотя искажения вследствие усадки фотоэмульсии и неточной ус тановки эталонной голограммы обычно 1 + 2, но при боль ших аберрациях объектной ветви интерферометра они могут иметь ве личину, значительно превышающую 0,2 и приводить к погрешности измерений, превышающей соответственно 0,1 периода интерференци онной полосы. В этом случае возникшие остаточные аберрации могут быть исключены с помощью второй эталонной голограммы, которая регистрируется при использовании волн, восстановленных с первой эталонной голограммы. Для этого изменяется пространственная частота опорной волны на 2, например, за счет изменения угла голографиро вания с 1 на 2. В этом случае в задней фокальной плоскости объек тива 2 (рисунок 1.3) с помощью отверстий в диафрагме 3 выделяются восстановленная волна A1 вида (1.40) и прямопрошедшая опорная с пространственной частотой 2.

Ar = a r exp[i 2 2 x ]. (1.41) Эти волны в плоскости носителя 5, оптически сопряженной объ ективами 2, 4 с плоскостью первой эталонной голограммы 1, записыва ют вторую эталонную голограмму. После химической обработки ам плитудное пропускание второй эталонной голограммы 2 1 + cos[2 (1 2 )x + 1 + 2 + 3 ], (1.42) где 3 – добавочные искажения фазы вследствие неоднородной усадки фотоэмульсии второй эталонной голограммы, но уже определяемые дифференциалом более высокого порядка, чем 1 и 2. Очевидно, что 3 1 + 2. Сравнивая (1.42) и (1.39), видим, что величина искажений фазы для второй эталонной голограммы значительно мень ше, чем для первой.

34 Глава Для получения интерференционной картины в реальном масшта бе времени вторая эталонная голограмма вида (1.42) устанавливается в прежнее место, а в объектную ветвь интерферометра устанавливается исследуемый прозрачный объект 10. Голограмма 5 освещается волнами, используемыми при ее регистрации, но с изменением фазы волны A 1, вызванными исследуемым объектом, т.е. волнами A и A, где r A1 = a1 exp[i (21 x + 1 + 2 + )], (1.43) где – изменения фазы волнового фронта исследуемым фазовым объек том. В первом порядке дифракции (при освещении голограммы 5 вол ной A ) восстановится волна B1 = b1 exp[i 2 2 x + 3 + 4 + ], (1.44) где b 1 – действительная амплитуда, 4 – добавочные искажения фазы вследствие неточной установки эталонной голограммы по отношению к волновому фронту освещающей волны A r из-за сдвига или разворота голограммы, причем эти искажения более высокого порядка малости по отношению к искажениям 1 и 2, т.е. 4 1 + 2. В задней фокальной плоскости объектива 6 с помощью отверстия в диафрагме выделяются две волны: B (1.44) и прямопрошедшая волна A (1.41). В 1 r плоскости 9, оптически сопряженной с эталонными голограммами 1 и объективами 2, 4, 6, 8 эти волны образуют интерференционную картину, визуализирующую изменения исследуемого объекта в реальном масштабе времени с настройкой на бесконечно широкую полосу:

cos[3 + 4 + ].

ar b I 1+ 2 (1.45) ar + b Сравнивая (1.45) и (1.42), видим, что вследствие использования дополнительной эталонной голограммы величина остаточных аберра ций значительно уменьшается, так как 3 + 4 1 + 2. Изме Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений нение величины пространственной частоты пучка (1.38) с 2 на 3 при водит к изменению настройки полос в интерференционной картине в (1.45). В этом случае в плоскости 9 может быть зарегистрирована объ ектная голограмма со значительно меньшей величиной остаточных аберраций, чем на выходе голографического интерферометра, в плоско сти 1. Как отмечалось выше, такая голограмма позволит достичь боль ших значений коэффициента повышения чувствительности измерений.

Предложенный способ исключения остаточных аберраций был экспериментально апробирован при компенсации аберраций интерфе рометра ИЗК-463 с полем визуализации 800 мм для проведения интер ференционных исследований в реальном масштабе времени [73]. Ин терферометр дополнялся оптической схемой, приведенной на рисунке 1.3. Максимальная величина волновых аберраций интерферометра 20. Эталонные голограммы регистрировались на фотопленку тип-28 и обрабатывались в проявителе Д-19 с последующим отбеливанием. Суш ка голограмм производилась потоком нагретого воздуха, что способст вовало сильной и неоднородной усадке фотоэмульсии. В качестве дер жателей голограмм использовались обычные рамки для слайдов, а дер жатели рамок не имели точных юстировочных подвижек. При исполь зовании только первой эталонной голограммы величина остаточных аберраций составляла 6, а при использовании дополнительно второй эталонной голограммы остаточные аберрации не превышали 0,1, что было подтверждено приведенными фотографиями в работе [73].

1.5. Исключение остаточных аберраций в оптических системах восстановления голографических интерферограмм Для восстановления голографической интерферограммы повы шенной чувствительности измерений с компенсацией аберраций систе мы регистрации используются два подхода. В первом случае регистри 36 Глава руется в нелинейных условиях голограмма исследуемого объекта с ис ключением аберраций системы регистрации [75]. Затем полученная го лограмма оптически обрабатывается с использованием двух когерент ных пучков по методике, рассмотренной в разделе 1.2, в оптической схеме, приведенной на рисунке 1.1.


Во втором случае используется двухэкспозиционная голограмма [45;

76], зарегистрированная в нелинейных условиях, или совмещенные объектная и эталонная голограммы [77], также зарегистрированные в нелинейных условиях. Компенсация аберраций системы регистрации происходит при получении интерференционной картины.

Объектная и эталонная голограммы, зарегистрированные на раз дельных носителях, могут быть оптически обработаны в схеме с двумя когерентными пучками (рисунок 1.1). Обязательным условием для реали зации повышения чувствительности измерений является регистрация как двухэкспозиционных, так и одиночных совмещенных голограмм с изме нением ориентации полос объектной и эталонной голографических структур. Изменение ориентации голографических структур при получе нии двухэкспозиционной голограммы позволяет пространственно разде лить при восстановлении волны, дифрагированные на структурах объект ной и эталонной голограмм, а значит, и произвольным образом регулиро вать настройку полос в интерференционной картине [78]. При оптической обработке таких голограмм с целью повышения чувствительности изме рений можно пространственно разделить восстановленные волны в выс ших порядках дифракции и тем самым исключить их наложение. Интер ференционные картины повышенной чувствительности получают с ис пользованием оптической схемы, приведенной на рисунке 1.1.

Важной особенностью оптической обработки таких совмещенных голограмм является значительное усложнение дифракционного спектра, наблюдаемого на диафрагме 3 (рисунок 1.1). Для упрощения идентифи кации нужных дифракционных максимумов наиболее оптимальным ус ловием регистрации голограмм является ориентация голографических полос объектной и эталонной структур взаимно перпендикулярно [77;

78]. В этом случае амплитудное пропускание объектной голограммы бу дет описываться выражением (1.4), а эталонной – выражением Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений { + cos[2y + ]} 1. (1.46) При совмещении объектной и эталонной голограмм их результи рующее амплитудное пропускание будет описываться произведением. На рисунке 1.4 приведена фотография дифракционного спектра двух таких совмещенных голограмм, наблюдаемая при освещении их по нор мали одним пучком когерентного света. Самый яркий максимум соответ ствует прямопрошедшей волне или дифрагированной в нулевой порядок.

На горизонтальной прямой, проходящей через максимум нулевого поряд ка, расположены максимумы волн, дифрагированных на объектной голо грамме. Комплексные амплитуды этих волн можно представить в виде an0 exp{i[2n ]} + x + n + n.

An 0 = (1.47) n = Рисунок 1.4 – Фотография дифракционного спектра двух совмещенных голограмм На вертикальной прямой, проходящей через максимум нулевого порядка, расположены максимумы волн, дифрагированных на эталон ной голограмме. Их комплексные амплитуды + a0m exp{i[2my + m ]}.

A0 m = (1.48) m = 38 Глава Вне вышеотмеченных прямых, представляющих оси прямоуголь ной декартовой системы координат, расположены волны перекрестных искажений, испытавших двойную дифракцию на первой и второй со вмещенных голограммах. Комплексные амплитуды этих волн + + anm exp{i[2 (nx + my ) + (n + m ) + n ]}.

Anm = (1.49) n = m = (n, m 0 ) В выражениях (1.47) – (1.49) an 0, a0 m и anm – действительные амплитуды волн. Важной особенностью волн перекрестных искажений является возможность восстановления безаберрационного волнового фронта при выполнении условий в (1.49) n = m. Дифракционные мак симумы этих волн расположены на биссектрисе прямых углов, образо ванных осями, которые ограничивают квадранты II и IV.

Для получения интерференционной картины с повышением чув ствительности измерений и компенсацией системы регистрации голо грамм могут быть использованы две волны одного порядка дифракции ( n = m ) из спектра (1.47) и (1.48) или волны перекрестных искажений, но уже с исключенными аберрациями системы регистрации, т.е. при выполнении условий ( n = m ) в (1.49). В этом случае распределение интенсивности в интерференционной картине будет определяться вы ражением (1.11), но с той разницей, что аберрации системы регистрации голограмм будут исключены. Величина остаточных аберраций будет определяться только [( )], т.е. искажениями волновых фронтов, освещающих совмещенные голограммы когерентных пучков вида An и An, описываемых выражениями (1.9) и (1.10).

Для исключения остаточных аберраций системы оптической об работки голограмм предлагается освещать совмещенные голограммы одним пучком и формировать два когерентных пучка из волн, дифраги рованных на голограммах [79].

Наиболее оптимальная схема оптической обработки голограмм (ри сунок 1.5) предложена и экспериментально апробирована в работе [80]. Два Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений когерентных пучка формируются после прохождения совмещенных голо грамм 4, 5 и возвращаются полупрозрачным зеркалом 6 и зеркалом 7 на голограммы, где с помощью объектива 3 и диафрагмы 2 отделяются от других пучков. Данная схема позволяет восстанавливать интерференцион ные картины повышенной чувствительности измерений в плоскости 9 и регулировать настройку интерференционных полос произвольным образом за счет разворота полупрозрачной пластины 6 или зеркала 7.

1, 3 – объективы;

2 – диафрагма;

4, 5 голограммы;

6, 8 – полупрозрачные зеркала;

7 – зеркало;

9 – плоскость наблюдения интерференционной картины Рисунок 1.5 – Схема оптической обработки совмещенных голограмм Для получения безаберрационной интерференционной картины качество подложки зеркала 6 и отражающей поверхности зеркала должны быть таковы, что суммарные искажения волновых фронтов двух когерентных пучков, сформированных ими, не должны быть более 0,2, что является несложной задачей в отличие от ранее известной схемы оптической обработки (рисунок 1.1).

При получении интерференционных картин с компенсацией аберраций системы регистрации в оптической схеме (рисунок 1.2) при использовании одного пучка некогерентного света величина остаточных аберраций определяется качеством объективов оптически сопрягающих эталонную и объектную голограммы.

40 Глава В работах [81;

82] предложен новый способ полного исключения таких остаточных аберраций. На рисунке 1.6 изображена оптическая схема, поясняющая получение интерференционных картин с повыше нием чувствительности измерений и компенсацией аберраций оптиче ской системы восстановления, при использовании оптически сопряжен ных эталонной и объектной голограмм. В отличие от ранее известной схемы оптической обработки голограмм вместо второй голограммы (рисунок 1.2) предлагается использовать плоское зеркало. В этом случае выделенные диафрагмой 3 (рисунок 1.6) волны An и An вида (1.17) и (1.18), дифрагированные на объектной голограмме 1 в ±n-е порядки, зеркалом 5 возвращаются обратно в телескопическую систему оптиче ского сопряжения, образованную объективами 2, 4.

1, 7 – голограммы;

2, 4, 8 – объективы;

3, 9 – диафрагмы;

5 – зеркало, 6 – полу прозрачное зеркало;

10 – плоскость наблюдения интерференционной картины Рисунок 1.6 – Оптическая схема получения интерференционных картин при использовании оптически сопряженных голограмм При точной установке зеркала 5 в плоскости, оптически сопря женной с голограммой 1, волна An отразится от зеркала 5 и пройдет Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений оптическую систему фильтрации (элементы 2 – 4) точно по пути волны An. Соответственно и волна An отразится от зеркала 5 и пройдет по пути волны An. В этом случае после повторного прохождения системы фильтрации их комплексные амплитуды можно записать в виде An = a n exp{i[2nx + ( n1 + n 2 + + n ) + n ]}, (1.50) An = a n exp{ i[2nx ( n 2 + n1 + n ) + n ]}. (1.51) Эти волны полупрозрачным зеркалом 6 направляются на объект ную голограмму 7, установленную в оптически сопряженной плоскости с объектной голограммой 1 и плоским зеркалом 5. Из выражений (1.50) и (1.51) видно, что искажения волновых фронтов этих волн приобрели одинаковые величины. При освещении эталонной голограммы 7 вида (1.14) волнами (1.50) и (1.51) по нормали восстановятся волны, дифра гированные ± n -е порядки вида (1.19) и (1.20), но с одинаковыми иска жениями волнового фронта вследствие аберраций оптической системы оптической обработки голограмм. Эти волны выделяются диафрагмой 9, установленной в задней фокальной плоскости объектива 8, что позво ляет получать в плоскости 10 интерференционную картину с повыше нием чувствительности в 2n раз и полной компенсацией остаточных аберраций оптической системы обработки голограмм.

При экспериментальной апробации [81] предложенного способа в качестве объективов 2, 4 в предложенной авторами (рисунок 1.6) и сравниваемой с ранее известной (рисунок 1.2) схемах были использова ны одинаковые двойные склейки со световыми диаметрами 58 мм и фо кусными расстояниями 135 мм. Величина остаточных волновых аберра ций ( n1 n 2 ) в оптической схеме имела величину ~ 8. На рисунках 1.7,а,б приведены интерференционные картины, полученные в предло женной схеме оптической обработки голограмм (рисунок 1.6), визуали зирующие качество исследуемой стеклянной подложки с повышением чувствительности измерений в 2 и 4 раза соответственно.

42 Глава а б Рисунок 1.7 – Интерференционные картины, визуализирующие качество исследуемой стеклянной подложки с повышением чувствительности измерений в 2 (а) и 4 (б) раза соответственно Из фотографий видно, что предложенный способ полностью компенсировал остаточные аберрации.

1.6. Уменьшение влияния остаточных аберраций системы регистрации голограмм При перезаписи голограмм увеличенные аберрации системы ре гистрации голограмм, а также аберрации системы перезаписи компен сируются на конечном этапе получения интерференционной картины повышенной чувствительности измерений при использовании эталон ной голограммы, перезаписанной в тех же условиях, что объектная го лограмма [37;

46]. Однако, как это было показано в параграфе 1.2, ис ключение аберраций на начальном этапе повышения чувствительности измерений при перезаписи голограмм обладает большим эффектом для уменьшения величины остаточных аберраций в конечных интерферен ционных картинах.

Рассмотрим несколько способов голографической интерферомет рии повышенной чувствительности измерений, позволяющих свести к минимуму остаточные аберрации при перезаписи голограмм [83]. В от Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений личие от более ранних работ, посвященных компенсации аберраций при повышении чувствительности измерений за счет перезаписи голограмм, здесь предлагается компенсировать аберрации системы регистрации еще до осуществления методики повышения чувствительности измере ний, а в качестве эталонной голограммы использовать безаберрацион ную объектную голограмму.

Рассмотрим исключение аберраций с использованием раздельных голограмм. Предположим, что в голографическом интерферометре заре гистрирована при соблюдении линейных условий ( = 2 ) голограмма фазового объекта 1 + cos[20 x + + ], (1.52) где 0 – несущая частота полос объектной голограммы. Пусть, кроме объектной голограммы, в этой же схеме регистрируются в линейных условиях две эталонные (без исследуемого объекта) голограммы по ме тодике, предложенной авторами в работе [39], но с тем отличием, что каждая из них регистрируется на различные носители. При регистрации эталонных голограмм выбирают углы голографирования так, чтобы для несущих частот 1 и 2 полос первой и второй эталонных голограмм выполнялось условие 0 1 = 2 0. (1.53) Амплитудные пропускания эталонных голограмм 1 1 + cos[21x + ], (1.54) 2 1 + cos[2 2 x + ].

(1.55) После регистрации голограмм объектная голограмма (1.52) и од на из эталонных голограмм, описываемых выражениями (1.54), (1.55), точно совмещаются и устанавливаются в оптическую систему перезапи си одним пучком света, приведенную на рисунке 1.2, в плоскость 1. По сле освещения совмещенных голограмм плоской монохроматической волной диафрагмой 3 выделяется пара волн, восстановленных на со вмещенных объектной и эталонной голограммах в первых порядках 44 Глава дифракции. Например, при совмещении голограмм вида (1.52) и (1.54) это волны вида A1 = a1 exp{i[20 x + + ]}, (1.56) A01 = a01 exp{i[21 x + ]}, (1.57) где a1, a01 – действительные амплитуды. С помощью этих волн в плос кости 5 (рисунок 1.2) регистрируется новая объектная голограмма с ис ключением искажений фазы, вызванных аберрациями системы реги страции голограмм. При выполнении нелинейных условий регистрации ее амплитудное пропускание 1 { + cos[2x + ]} 1, (1.58) где = 0 1 определяет несущую частоту полос новой голограммы.

При совмещении голограмм вида (1.52) и (1.55) выделяются волны вида (1.56) и вида A02 = a02 exp{i[2 2 x + ]}, (1.59) где a 02 – действительная амплитуда. В этом случае регистрируется вто рая новая объектная голограмма вида 2 { + cos[2x ]} 1, (1.60) где = 2 0. При выполнении условия (1.53) несущие частоты полос новых объектных голограмм равны, но при этом изменения фаз ис следуемым объектом имеют противоположные знаки. При совмещении этих голограмм будет наблюдаться интерференционная картина с дву кратным повышением чувствительности измерений и компенсацией аберраций системы регистрации исходных голограмм. Данная пара го лограмм ((1.58), (1.60)) может быть оптически обработана и в схеме оп тически сопряженных голограмм (рисунок 1.2). В этом случае при вы делении волн, дифрагированных в ± n -х порядках, чувствительность измерений в интерференционной картине повышается в 4n раз. Также Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений голограммы (1.58), (1.60) могут быть перезаписаны по любым методи кам, рассмотренным в параграфе 1.2. После N циклов перезаписи каж дой из голограмм вида (1.58), (1.60) в ±n-х порядках дифракции переза писанные голограммы точно совмещаются. В результирующей интер ференционной картине повышенной чувствительности измерений будут исключены аберрации системы регистрации исходных голограмм, а изменения фаз исследуемым объектом увеличены в 2(2n)N раз.

Голограммы вида (1.58), (1.60) могут быть получены не только с раздельных голограмм, но и с голограммы двукратного экспонирования, зарегистрированной с отличающимися несущими пространственными частотами полос объектной и эталонной голографических структур при выполнении линейных условий регистрации. Для простоты описания методики предположим, что при регистрации объектной и эталонной структур голографические полосы ориентировались перпендикулярно оси oy. В этом случае амплитудное пропускание такой голограммы 2 + cos[20 y + + ] + cos[21 y + ], (1.61) где 0, 1 – несущие частоты полос объектной и эталонной голографи ческих структур. Для получения голограмм вида (1.58), (1.60) исполь зуется оптическая схема обработки голограмм двумя пучками когерент ного света (рисунок 1.1), рассмотренная в разделе 1.2. Если голограмму вида (1.61) установить в положение 1 (рисунок 1.1) и осветить двумя когерентными волнами с комплексными амплитудами A = a exp{ i[2 0 y ]}, (1.62) A = a exp{i[2 (x 1 y )]}, (1.63) где a, a – действительные амплитуды, то в первых порядках восста новятся волны, дифрагированные на объектной и эталонной голографи ческих структурах голограммы (1.61), вида A0 = a0 exp{i[ + ]}, (1.64) {[ ]} A1 = a1 exp i 2 x +, (1.65) 46 Глава где a 0, a 1 – действительные амплитуды. Эти волны выделяются двумя отверстиями в диафрагме 3 (рисунок 1.1), и в плоскости 5 регистрирует ся новая объектная голограмма вида (1.58).

Для регистрации второй объектной голограммы изменяется на правление распространения освещающей голограмму (1.61), например, волны A так, чтобы ее комплексная амплитуда была A = a exp{ i[2 (x + 1 y )]}. (1.66) В этом случае выделяются двумя отверстиями в диафрагме 3 (ри сунок 1.1), одна волна вида (1.64) и дифрагированная на эталонной го лографической структуре двухэкспозиционной голограммы при осве щении волной (1.66), вторая волна вида A1 = a1 exp{ i[2x ]}. (1.67) Волны вида (1.64), (1.67) записывают вторую новую объектную голограмму вида (1.60).

Таким образом, пара объектных голограмм с компенсацией абер раций системы регистрации исходных голограмм и с изменениями фазы исследуемым фазовым объектом, имеющими противоположные знаки, может быть получена с использованием как раздельных исходных объ ектной и эталонных голограмм, так и с использованием голограммы двукратного экспонирования.

Вышерассмотренная методика исключения аберраций системы регистрации исходных голограмм при повышении чувствительности измерений с использованием голограммы двукратного экспонирования была экспериментально апробирована при контроле качества клиновид ных стеклянных пластин [83]. Был экспериментально проведен сравни тельный анализ остаточных аберраций в восстановленных интерферен ционных картинах повышенной чувствительности. В первом случае аберрации исключались на начальном этапе повышения чувствительно сти измерений по вышерассмотренной в данном разделе методике. В другом случае – на этапе получения конечной интерференционной кар тины при совмещении перезаписанных объектной и эталонной голо Голографическая интерферометрия повышенной чувствительности измерений грамм по ранее известной методике [66]. В интерферометре типа Маха – Цендера, в одном из плеч которого размещалась клиновидная пластина, регистрировалась двухэкспозиционная голограмма по методике, рас смотренной в данном разделе. Максимальная величина аберрации ин терферометра была 10. Пара перезаписанных объектных голограмм обрабатывалась в оптическом анализаторе. На рисунке 1.8,а приведена интерференционная картина исследуемой стеклянной пластины с по вышением чувствительности измерений в 12 раз, полученная по мето дике, предложенной в данном разделе, а на рисунке 1.8,б интерферен ционная картина такой же чувствительности, но полученная по ранее известной методике [66]. Из интерференционных картин видно, что в первом случае (рисунок 1.8,а) величина остаточных аберраций не более 0,1, а во втором (рисунок 1,8,б) – имеет уже значительную величину, о чем свидетельствует появление полос в нижней части интерференцион ной картины, где отсутствует стеклянная пластина.

а б Рисунок 1.8 – Интерференционные картины исследуемой стеклянной пластины с повышением чувствительности измерений в 12 раз, полученные по предложенной в данном параграфе методике (а) и по ранее известной методике [66] (б) 48 Глава В предыдущих способах исключения аберраций на начальном этапе повышения чувствительности требовалось, чтобы несущие часто ты полос голографических структур объектной и эталонной голограмм отличались. Однако, например, в дифференциальной голографической интерферометрии при изучении динамических объектов, если между регистрациями объектных голограмм временные интервалы малы, то не всегда удается изменить несущую частоту полос. В этом случае выше описанные способы исключения аберраций на начальном этапе повы шения чувствительности измерений не применимы.

В работе [84] предложен способ компенсации аберраций как сис темы регистрации, так и системы оптической обработки голограмм с одинаковой несущей частотой голографических полос, позволяющий получить на первом этапе пару вторичных голограмм с компенсацией аберраций системы регистрации исходных голограмм. Данная пара голо грамм может быть перезаписана с целью повышения чувствительности измерений. На последнем этапе при получении интерференционной кар тины перезаписанные голограммы точно совмещаются, что позволяет исключить также аберрации системы оптической обработки голограмм.

Предположим, что зарегистрирована пара голограмм исследуе мого объекта в различные моменты времени на раздельных носителях.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.