Устройство для регистрации и восстановления интерферограмм фазовых объектов Советский патент 1985 года по МПК G01B9/21 

Изобретение относится к гологра фической интерферометрии и может найти применение при использовании различных состояний фазовых микрообъектов. Известно устройство для регистр ции голографических интерферограмм фазовых микрообъектов - голографический треХракурсньй микроскоп,содержащее источник когерентного излучения, систему формирования пред метных и опорных потоков излуче-. ния, систему проецирующих элементов и регистрирующие элементы m . Недостатком данного устройства является необходимость размещения проецирующих элементов (микрообъективов) на рабочих расстояниях ( мм) от объекта, т,е, невозможность регистрации микрообъектов размещенных в камерах, полостях и т .п. Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство для регистрации и восста новления интерферограмм фазовых объ ектов, содержащее источник когерентного излучения, оптически связанные с источником через светодели тель системы формирования сигнальны и опорного потоков излучения, включающие отражающие элементы и расширители светового потока, причем точка пересечения оптических осей систем формирования сигнальных потоков совпадает с областью размещения регистрируемого объекта, и регистратор, .выполненный в виде подложки- с нанесенным на нее светочувствительным слоем, при этом оси сис тем формирования сигнальных и опорных потоков излучения совмещены на регистраторе. Описанное устройство не позволяет регистрировать многоракурсные интер ферограммы фазовых микрообъектов 2j . Целью изобретения является расщирение класса исследуемых объектов при повышении точности регистрации Для достижения поставленной цели в устройство для регист-рации и восстановления интерферограмм фазовых объектов, содержащее источник когерентного .излу1ения, оптически связанные с источником через светоделитель системы формирования сигнальных и опорного потоков излучения, включающие отражающие элементы 332 и расширители светового потока,причем точка пересечения оптических осей систем формирования сигнальных потоков совпадает с областью размещения регистрируемого объекта, и регистратор, выполненньй в виде подложки с нанесенным на нее светочувствительным слоем, при этом оси систем формирования сигнального и опорного потоков излучения совмещены на регистраторе, введены экраны, расположенные между расишрителями светового потока и регистратором с возможностью перемещения, и зеркала, которые размещены относительно расширителей светового потока таким образом, что каждому расширителю системы соотнесено зеркало, угол между нормалью которого к плоскости регистратора и оптической осью расширителя равен углу между нормалью к плоскости регистратора и направлением на центр зеркала, в регистраторе между подложкой и светочувствительным слоем выполнено отражающее покрытие. На чертеже приведена оптическая схема устройства для регистрации фазовых микрообъектов , (для упрощения понимания на схеме изображены элементы, обеспечивающие лишь четыре направления просвечивания объектов). Устройство содержит источник когерентного излучения 1, светоделитель 2, систему .формирования сигнальных потоков излучения, выполненную в виде наборов отражающих элементов 3-4, 5-6, 7-8, 9-10 и расширителей светового потока 11-14,сйстему формирования опорного потока, выполненную в виде отражающего элемента 15 и расширителя светового потока 16, систему плоских зеркал 17-20 с коэффИ1щентами отражения, близкими к 100%, систему экранов 2124 и регистратор 25. Причем отражающие элементы 3, 5, 7, 9 системы формирования сигнальных потоков излучения расположены таким образом, что отраженные от них нерасширенные потоки когерентного излучения пересекаются в точке, совпадающей с областью размещения исследуемого объекта, расширители 11-14 и 16 систем формирования сигнальных и опорного потоков излучения размещены позади отражателей 4,6,8,10, 15 соответственно таким образом,что

I

их оптические оси пересекаются в одной точке в плоскости регистратора 25, система плоских зеркал 17-20 и система экранов 21-24 размещены между расширителями светового потока 11-14 и регистратором 25, при этом каждьй из экранов 21-24 может перемещаться по окружнйстй с центром в точке пересечения оптических осей расширителей светового потока 11-14. Система плоских зеркал 17-20 размещена относительно системы расширителей светового потока 11-14 таким образом, что каждому расширителю системы 11-14 соотнесено зеркало системы 17-20, при этом углы между нормалью к плоскости регистратора 25 и оптическими осями каждого из расширителей 11-14 равны углам между нормалью к плоскости регистратора и направлениями на центр каждого из соответствующих зеркал системы 17-20. Регистратор снабжен со стороны, противоположной направлению падения на него сигнальных и опорного потоков, отражательным покрытием с коэффициентом отражения, близким к 100%.

Устройство работает следующим образом.

Поток когерентного излучения лазера 1 делят светоделителем 2 на сигнальные и опорный потоки, которые направляют соответственно на отражающие элементы 3, 5, 7, 9 и 15, обеспечивающие заданные направления распространения этих потоков при этом нерасширенные сигнальные потоки пересекают под заданными углами область размещения фазового микрообъекта, после чего их направляют отражательными элементами 4, 6, 8, 10 в расширителе светового потока 11-14, а затем совмещают на регистраторе 25. Нерасширенньш опорный поток с помощью отражательного элемента 15 направляют в расширитель светового потока 16, и затем совмещают с сигнальными потоками на регистраторе 25. На регистраторе 25 записывают .голограммы фазового микрообъекта, соответствующие заданным направлениям et-o просвечивания. На стадии восстановления голограмм каждьиЧ из экранов 2 Т-24 располагают между регистратором 25 и соответствующим расширителем систе0533.

мы 11-14 перпендикулярно его оптической оси. Освещают регистратор 25 потоком, сформированным расширителем 16, т.е. идентичным опорному 5 потоку при записи, и восстанавливают голограммы, соответствующие каждому из направлений просвечивания фазового микрообъекта, т.е. каждому из сигнальных потоков, сформированных

О расширителями 11-14. При этом для каждого из направлений, задаваемых расширителями 11-14, восстанавливаются два изображения: мнимое - с помощью волнового фронта, сформиро5 ванного расширителем 16, и действительное - с помощью непродифрагировавшей на голограмме части этого волнового фронта, отраженной от нанесенного на регистратор отражательного слоя.

20 При этом восстановленный поток, формирующий мнимое изображение, отражается от отражательного слоя регистратора 25 и направляется на расположенное перпендикулярно к направлениюего распространения соответствующее

зеркало системы зеркал 17-20.После этого отраженный от зеркала и вновь отраженный от отражательного слоя регистратора поток попадает на соответствующий экран системы 21-24. Восстановленньй сопряженный поток,

формирующий действительное изображение, попадает на тот же экран системы 21-24. Таким образом, в направлении регистратор-экран распространяются два сопряженных, интерферирующих между собой волновьк фронта, и на экране наблюдают увеличенную интерференционную картину фазового микрообъекта с удвоенным по сравнению с обычной интерферограммой сдвигом полос. Допустимо многократное увеличение чувствительности измерений по описанному принципу при использовании на стадии восстановления сопряженных волн высших порядков дифракции. На системе экранов 21-24 . наблюдают увеличенные интерферограммы исследуемого микрообъекта с

повьш1енной чувствительностью, соответствующие различным направлениям его просвечивания.

Известными устройствами не представляется возможным регистрировать

многоракурсные увеличенные интерферограммы фазовых микрообъектов, в том числе размещенных в камерах, смотровых кюветах, и т.п., так как в та5. кнх устройствах для получения увел ченных изображений необходимо размещать проецирующие элементы на близких (фокусных) расстояниях от исследуемого микрообъекта, и кроме того, в них не предусмотрена возмо ность повьшения чувствительности получаемых интерферограмм. Решить эту техническую задачу позволяет заявленное устройство за счет введения системы расширителей светово го потока, каждый из которых рас.положен в соответствующей ему сист ме формирования сигнального потока и в системе формирования опорного потока за областью размещения регистрируемого микрообъекта, что обеспечивает регистрацию голограмм увеличенных изображений волновых фронтов, прошедших через микрообъект, а также за счет введения экранов и блока плоских зеркал, ра положенных между расширителями светового потока и регистратором с нанесенным между подложкой и све чувствительным слоем отражательным слоем, обеспечивающих совмещение 3 восстановленных сопряженных волновых фронтов первого или высших порядков дифракции и визуализацию интерференционных изображений с повьш1енной чувствительностью. Таким образом, при освещении фазовой неоднородности нерасширенным потоком когерентного излучения удается увеличить расстояние от объекта до проецирующих элементов и тем самым расширить класс исследуемых объектов. Совмещение восстановленных сопряженных волновых фронтов приводит к повьш ению чувствительности, что повьш1ает точность регистрации и дополнительно расширяет класс исследуемых объектов. Изобретение может найти применение при измерениях физических параметров прозрачных микрообъектов,в том числе расположенных внутри экспериментальных камер, смотровых кювет большого размера, таких как стекловолокна, биологические объекты, плазма, микровзрывы в жидкости или газе. .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ ФАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее источник когерентного излучения, оптически связанные с источником через светоделитель системы формирования сигнальных и опорного потоков излучения, включающие отражающие элементы и расширители светового потока, причем точка пересечения оптических осей систем формирования сигналимых потоков совпадает с областью размещения регистрируемого объекта, и регистратор, выполненный в виде подложки с . нанесенным на нее светочувствительным слоем, при этом оси систем формирования сигнальных и опорных потоков излучёйия совмещены на регистраторе, о т л ичающееся тем, что, с целью расширения класса исследуемых объектов при повьшении точности регистрации, в него введены экраны, которые расположены между расширите7 siRem светового потока в системах формирования сигнального потока и регистратором с возможностью перемещения и зеркала, которые размещены относительно расширителей светового потока,так что каждому расширителю соотнесено зеркало,угол между нормалью которого к плоскости регистратора и оптической осью расширителя равен углу между нормалью к плоскости регистратора и направлением на центр зеркала, а в регистра- . торе между подложкой и светочувствительным слоем выполнено отражающее покрытие. СП 00 00