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