книги из ГПНТБ / Применения лазеров

4.1.3. Голографическая интерферометрия с многократной экспозицией

Открытие принципов голографической микроскопии, сделанное независимо Пауэллом и Стетсоном [96, 98, 109, ПО, 111], привело их к подробному исследованию свойств голографической интерферометрии с многократной экс­ позицией (голографической интерферометрии с усредне­ нием во времени). Этот метод особенно эффективен в ис­ следовании вибраций объектов. Голограмма здесь экспо­ нируется непрерывно в течение времени, существенно превышающего период колебаний, и таким образом может рассматриваться или как суперпозиция большого числа голограмм или как одна голограмма с временным усред­ нением. Следуя Пауэллу и Стетсону, а также Лейту и Упатнику [76], рассмотрим формирование изображения в голо­ графии с усреднением во времени, использующей внеосе­ вой опорный пучок. Мнимое изображение в этом случае создается полем а2* (ш), где скобки обозначают усред­ нение во времени1). Это поле равно

t '

/» = — j* JJO (x 0 + x', у0-f- y', z') X

где К — постоянная, включающая й2*; і — время экспо­ зиции; двойной интеграл по пространственным координа­ там выражает поле объектной волны в плоскости голограм­ мы через поле рассеянного излучения в непосредственной близости от объекта; х0, у0, 0 — координаты среднего положения объекта в некоторой системе, связанной с объек­ том; х', у', г' определяют зависящее от времени измене­ ние положения объекта относительно (х0, уо, 0); r(t) — рас­ стояние между точкой (х0-г х', у0+ y', z') объекта и точкой (к, у, z) в плоскости голограммы, равное

Ф и г . 33. Контуры рав­ ной амплитуды колеба­ ний днища цилиндра, по­ лученные методом го­ лографирования с мно­ гократной экспозицией голограммы. На фотогра­ фиях амплитуда коле­ баний последовательно увеличивается (из ра­

боты [98]).

490 Гц и напряжением 10 В [91]. На фиг. 33 приведен один из первых результатов Пауэлла и Стетсона [98], демон­ стрирующий распределение амплитуды вибраций днища цилиндра, соответствующих акустическому резонансу на

втором виде колебаний.

Рассмотренные примеры применения голографической интерферометрии не дают достаточного представления о влиянии, которое она может оказать на развитие техники неразрушающих методов контроля. Ведутся работы по исследованию различных применений голографической интерферометрии, большое место среди которых занимает

где %ѵ— длина волны когерентного излучения. Этот метод успешно использован в работе [152], где показано, что при­ менение воздуха и газа СОа в качестве двух сред дает рас­ стояние между полосами 1,4 мм, а применение воздуха и шестифтористой серы — 0,6 мм.

4. 3. Интерференционная микроскопия

Принципы голографической микроскопии рассмотрены

вразд. 3.1. Непосредственное отношение к этой технике имеет применение голографии в интерференционной мик­ роскопии [108]. Схема микроскопа в работе [108] изменена таким образом, чтобы для образования картины двухлуче­ вой интерференции можно было использовать голограмму

вкачестве источника одного из лучей. Система для прохо­ дящего света подобна системе, показанной на фиг. 8. Сна­ чала регистрируется голограмма предметного стекла при его обычном положении на столике микроскопа. Затем в микроскоп устанавливается объект, а проявленная голо­ грамма возвращается в первоначальное положение. Наблю­ дают изображение объекта и изображение, восстанов­ ленное голограммой. В этом методе не возникает проблемы согласования оптики, свойственной обычным системам. В отраженном свете записывается голограмма плоской опти­ ческой пластинки, установленной на столике, а интерферо­ грамма образуется при установке в микроскоп исследуе­ мого образца и проявленной голограммы. Этим методом можно получать самые .различные типы интерферограмм.

5. ГОЛОГРАММА — ОПТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Характерным свойством голографического метода яв­ ляется то, что голограмма может выполнять функции оп­ тического элемента. Действительно, голограмма точеч­ ного источника представляет собой зонную пластинку (точ­ нее, зонную пластинку с синусоидальным распределением). Это было отмечено уже на раннем этапе развития гологра­ фии [100]. Поэтому естественна постановка вопроса о возможности использования голограммы как оптического элемента в прямом значении слова. Здесь кратко обсуж-

даются два направления: голографические линзы и решет­ ки и голографические фильтры для когерентных оптических систем обработки данных.

5. I. Голографические линзы и решетки

Интерференционные голографические линзы можно изго­ тавливать с большой апертурой. Было предложено [58] ис­ пользовать их для создания оптических систем космических объектов. Такие системы могли бы обеспечивать высокое разрешение при малой стоимости и незначительном весе. При запуске космических объектов интерференционные линзы можно сворачивать и в космосе их раскрывать. Пока это предложение далеко от реализации. Вопрос ахроматизации таких линз рассмотрен в работе [107].

В работах [26, 63, 64] описано применение гологра­ фии для изготовления дифракционных решеток с пара­ метрами, более высокими, чем у решеток, изготавливаемых механическим методом. Сообщалось о создании гологра­ фических решеток размером 15 X 11 см с 3000 линий/мм. Решетку получают, записывая интерференционную кар­ тину заданного вида на фоточувствительном материале, который затем обрабатывают с целью получения требуе­ мого профиля. Поверхность решетки металлизируется, что обеспечивает дифракционную эффективность около 40% в диапазоне 2500—10 000 Ä. Изготавливаются как плоские, так и вогнутые решетки, а также пластинки Шмидта для зеркально-линзовых систем.

5. 2. Фильтры для оптической обработки информации

Когерентная оптическая обработка данных — область, столь же широко отражаемая в литературе и обладающая таким же большим количеством перспективных примене­ ний, как и голография. Детальное изучение этой области науки выходит за рамки данного обзора, поэтому здесь даны лишь некоторые замечания. Интересно отметить, что возраст оптической обработки как направления серьезных научных и технических усилий почти такой же, как и возраст голографии. Еще несколько лет назад эти два направления развивались независимо. Одной из главных проблем оп­

тической обработки были трудности изготовления фильтров, особенно комплексных, а голография дала здесь простое и эффективное решение.

Идея голографических фильтров была впервые предло­ жена Ван дер Люгтом в работе [143], посвященной обна­ ружению сигналов методом комплексной пространственной фильтрации. Фильтр давал дельта-функцию в точке плос­ кости изображений, соответствующей положению объекта, для которого он был изготовлен. Рассмотрим принцип дей­ ствия такого фильтра. Функция импульсного отклика f{x, у) требуемого вида подвергается фурье-преобразованию с помощью линзы, что дает в плоскости преобразования распределение F(£/X/, УХ/).

Фильтр получается путем регистрации интерференцион­

где X, у и g , Tj — координаты в соответствующих плоскос­ тях, а звездочка обозначает комплексное сопряжение. Сиг­ нал /(£, у , поступающий на вход когерентной оптической системы, подвергается фурье-преобразованию и проекти­ руется на фильтр. Сигнал на выходе фильтра имеет вид

где р и q обозначают £/Х/ и rj},f соответственно.

С помощью второй линзы производится обратное фурьепреобразование этого сигнала, что дает следующее рас­ пределение в плоскости считывания:

+ a0f*(x', y')^fa(x', у') у: 8 (x' — <хХ/, y'). (31)

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данный обзор голографических применений представ­ ляет собой попытку описать современное положение в этой области. Многие идеи применения голографических методов здесь не рассмотрены, а составить полную библио­ графию по рассмотренным применениям оказалось невоз­ можным. К голографии был проявлен большой интерес со стороны многих специалистов производства, однако на сегодняшний день работы по применению голографичес­ ких методов для решения проблем науки и техники ведут­ ся, к сожалению, довольно медленно. Тем не менее разра­ ботчики голографической техники высказывают большой оптимизм относительно ее будущего.

ЛИТЕРАТУРА

1. Alwang W. G., Cavanaugh L. A., Burr R., Sammartino E.—

“ Proc. Electro-Optical System Design Conf.” , 1969, p. 79.

2.Holography Index, Andersonian Libraty, Univ. of Strathclyde. 1968.

p. 347.

9.Beesley M. J.— “ Proc. Symp. Engineering Applications of Ho­