Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение

.pdf
Скачиваний:
22
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
42.41 Mб
Скачать

Использование го.юграфической

информации

123

Интерферометрические

методы

 

Эти методы применяются

ко всякой когерентной

волне,

пришедшей от объекта или от

его голографического изображения.

Получив с помощью голограммы восстановленную волну, сравни­ вают ее в классической интерферометрической схеме с волной, выбранной в качестве опорной. Интерференционные полосы конечной и бесконечной ширины, поляризованный или неполяризованный свет, все способы исследования могут быть использованы для диф­ ференциального изучения топографии объекта. Вернемся к фиг. 73, на которой приведена схема стриоскопического исследования восста­

новленной волны. Ничего не

изменяя ни на голограмме, ни в пуч­

ке восстановления, заменим

выходной фильтр призмой Волластона

с последующим анализатором. Изменяя положение этих новых элементов, можно изменять образующиеся интерференционные картины (фиг. 77).

Фиг. 72 — 77 подтверждают возможность применения некоторых средств исследования к волне, восстановленной с помощью голо­ граммы, в случае относительно простых объектов. Можем ли мы надеяться на получение подобных результатов при изучении таких быстропротекающих явлений, как ударная волна или сверхзвуко­

вой

снаряд,

скорости

которых

порядка

1 — 10 км/сек? Фиг.

78 —

80

дают на

это утвердительный ответ1 .

 

 

 

 

Использование

восстановленной волны

в качестве

опорной.

 

 

 

Анализ в реальном масштабе

времени

 

 

 

Задача состоит в том, чтобы после проявления вернуть голо­

грамму в то ж е положение, которое она

занимала

во время

реги­

страции . При восстановлении

голограмма

и объект освещаются од­

новременно. Восстановленное изображение совмещается с самим объектом. Интерференция соответствующих волн дает представление об изменениях (перемещениях, деформациях), которые могли про­ изойти с объектом в промежутке между регистрацией и восстанов­ лением (фиг. 81).

Кроме того,

большое преимущество описанной техники

состоит

в том, что с ее

помощью можно заснять на кинопленку

процесс

изменения интерференционных полос и таким образом зарегистри­ ровать изменения, происходящие с объектом (например, при ис-

1 Во Франко-Германском исследовательском институте в Сен-Луи име­ ется рубиновый лазер, работающий на моде ТЕМоа, длина когерентности ко­ торого превосходит 6 м. Он излучает энергию 150 мДж за 25-10~° с благодаря использованию усилителя на лампе бегущей волны. Этот прибор, разработан­ ный А. Хиртом, дал возможность зарегистрировать множество голограмм сверхбыстрых объектов.

 

 

Использование

голографической

 

информации

 

 

 

127

 

чтобы голограмма в момент восстановления занимала то же поло­

 

жение, что и в момент регистрации. Первое условие легко выпол­

I

нить, если обеспечить устойчивость (механическую, термическую, ...)

элементов,

участвующих

в образовании

и

использовании

опор­

 

ной волны. Второе условие осуществить сложнее: для

проявления

 

фотопластинку обычно снимают и установить ее в прежнее поло­

 

жение очень трудно. Тем

не менее,

если

проблема разрешена,

при-

" менение этого метода открывает богатые возможности,

особенно

 

для интерферометрического и динамического контроля колеблю­

 

щихся систем. Мы получаем

линии

равных

высот

стоячих

волн,

 

причем число интерференционных полос возрастает с увеличением

 

амплитуды колебаний. Интерференционная картина на поверхности

 

восстановленного

изображения

перемещается

в соответствии

с из­

 

меняющимися модами колебаний при изменении частоты.

Кино­

 

съемка в реальном

времени

позволяет

a

posteriori

исследовать в

 

трех измерениях

колебания

или деформации

объекта.

 

 

 

И. СУПЕРПОЗИЦИЯ

НЕСКОЛЬКИХ

ГОЛОГРАММ

НА

ОДНОЙ

 

 

 

И ТОЙ

Ж Е

ФОТОПЛАСТИНКЕ

 

 

 

 

 

Если начинающий заниматься классической фотографией сде­

 

лает по оплошности два снимка на один кадр, то затем он с досадой

 

будет взирать на результат своей невнимательности: световые по­

 

токи, складываясь на фотоотпечатке, делают его обычно совершенно

 

испорченным. Практически не существует никакой

возможности

 

разделить эти накладывающиеся друг на друга изображения. Слиш­

 

ком длительная экспозиция при фотографировании движущегося

 

объекта приводит к такому ж е эффекту: смазанность

изображения

 

делает объект неузнаваемым. Неудобства

такого рода

существуют

 

и в голографии: мы не можем зарегистрировать на одной и той же

 

эмульсии сначала голограмму собаки, потом голограмму кошки, не

 

принимая специальных мер предосторожности (например, можно

 

изменить угол между опорной волной и волной, переносящей ин­

 

формацию).

Однако то,

что

голограмма

запоминает

информацию

 

о фазах волн, испускаемых объектом, и то, что при

восстановлении

 

можно варьировать условия когерентности, делает возможной супер­

 

позицию разных голограмм на одной и той же эмульсии при дос­

 

таточно хорошем

качестве восстановленных

изображений. Можно

>

не только разделить изображения или получить четкое

изображение

 

движущегося объекта, но и извлечь дополнительную

информацию

 

об изменениях объектов с течением времени.

 

 

 

 

 

 

*Интерферометрия с двойной экспозицией

При чтении предыдущих разделов этой главы мы освоились с возможностью располагать в любой момент времени после регистра­ ции голограммы объекта когерентной световой волной, характе-

128

 

Глава 6

 

ризующей

объект

в определенном состоянии. Любое

изменение со­

стояния

объекта

можно обнаружить с помощью

интерференции

волн Б х

и 2 2 , соответствующих начальному и конечному состояниям.

Волна S 2 регистрируется в момент времени t2 на той же пластин- _

ке, на

которой в момент времени tx была зарегистрирована 2 Х .

При одновременном восстановлении эти волны будут интерфериро­ вать. Мы сможем исследовать «различие» двух «фиксированных» СОСТОЯНИЙ.

Остановимся немного па методе двойной экспозиции.

Принцип метода

На одной и той же фотопластинке регистрируют две голограммы одного объекта в разные моменты времени tx и t2. Напомним выра­ жения для освещенностей Ех и Е2 для каждой экспозиции (гл. 1):

Е1

--- Оо 4- я 2 2ao 0 cos»,,

Е2

• --

а]-\-

а- -'- 2а а0 cos ср2.

Д л я простоты примем,

что

прозрачность полученного негатива

по амплитуде изменяется пропорционально падающей на него энер­

гии Е,

т. е. сумме освещенностей

(при

этом предполагается,

что

времена

экспонирования равны):

 

 

 

 

 

Е = Ех -\- En — 2 ( а? -{- a2)

j -

2а а0 (cos »,

-j- cos »2 ).

 

Если объект не перемещается и не деформируется между двумя

экспозициями, то освещенности Ех

и Е2

совершенно

идентичны, а

все происходит так, как при регистрации одной голограммы с двой­ ной выдержкой, т. е. получаем «сумму» двух голограмм.

Малейшее изменение положения или формы объекта в промежут­ ке между двумя регистрациями изменяет фазу волны, испускаемой объектом ( ф ! = т ^ ф 2 ) . Второй член выражения д л я полной энергии Е, соответствующий изображению, как раз содержит информацию об амплитуде а и фазах ф 1 и ф 2 . Амплитуды волн, испускаемых в на­ правлении изображения, пропорциональны вариациям прозрачности голограммы. Теперь все происходит как при восстановлении су­ перпозиции двух изображений, когерентных между собой и очень мало отличающихся друг от друга.

Эти изображения интерферируют и наблюдаемые полосы,

как

и в классическом интерферометре, соответствуют вариациям

фазы

Фі — Фг> которые возникают в промежуток времени между двумя экспозициями.

Таким образом, практическое применение интерферометрии с двойной экспозицией отличается замечательной простотой. Со­ ставные элементы классического интерферометра (зеркала, полу-

130

 

 

Глава 6

 

 

 

 

 

 

тин кой, то полосы

остаются видимыми. Будучи

локализованы

на

 

самом диффузоре,

они

соответствуют

разности

оптических

путей

 

в плоскости

диффузора

(фиг. 84 и 85). Мы теряем информацию

о

 

рельефе объекта в

отличие от случая, когда диффузор

помещен

на пути световых лучей перед объектом (фиг. 86).

 

 

 

 

Замечание. Если благодаря двойной экспозиции можно зас­

 

тавить интерферировать

события,

происходящие

в разное

время,

 

т.е. a priori некогерентные,можно попытаться применить тот ж е прим-

'

цип к объектам, освещенным светом

разных цветов, т. е. длин волн

 

Хі и %2 И Л І [

светом от разных источников. При этом времена

экспо­

 

зиций могут

быть

либо

одинаковыми, либо разными. Голограммы

 

регистрируются на одну и ту лее эмульсию. Используя при восста­

 

новлении один монохроматический источник, получим два когерент­

 

ных между собой изобралеения, которые будут интерферировать.

 

Полосы характеризуют

при этом не только возможные

изменения

 

объекта, но и выралсенные в длинах волн разности оптических

пу­

 

тей, отделяющих источник (или источники) от каждой точки объек­

 

та.То есть они дают описание рельефа

объекта.

 

 

 

 

 

Используемая д л я изучения как прозрачных, так и рассеиваю­ щих свет объектов интерферометрия с двойной экспозицией начала применяться в последние годы так широко, что о ней самой молено было бы написать отдельную книгу. Не претендуя на полноту из­ ложения всех возмоленых применений этого метода, мы приведем несколько примеров, касающихся отдельных областей метрологии

Источник

Ф и г .

84. Пример схемы

с

двойной

экспозицией.

Не созеем озычная природа самосветящегося

объект

требует

некоторых

предосторожностей.

Непрозрачный экран преграждает путь лучам,

испускаемом пламенем в направлении пластин­

ки. Таким образом, мы получаем голограмму не пламени, а его

проекции

на

рассеивающий

деревянный экран, прожилки которого видны

на

фотографии восстановленного

изображения.

При первой экспозиции

снимают только экран, при второй — экран вместе

с зажженной све­

 

 

чой.

 

 

 

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ