Голограммный анализатор Советский патент 1985 года по МПК G01B9/21 G03H1/22 

1

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано при исследовании неоднородностей в газовых, течениях жидкостях, процессах горения и т.д

Известен оптический анализатор совмещенных голограмм, содержащий осветительную состему, две совмещенные голограммы, фокусирующую и регистрирующую системы IJ .

Однако при восстановлении волновых фронтов с помощью этого анализатора наблюдается интерференционная картина обычной чувствительности.

Кроме того, он не обеспечивает любой настройки интерференционных картин и получения теневых картин. Поэтому использование таких анализаторов ограничено, в частности, при исследовании объектов, имеющих различные направления градиентов показателя преломления, а также объектов с незначительными градиентами показателя преломления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является анализатор сопряженных голограмм, содержащий последовательно установленные осветительную систему, опорную голограмму, блок оптического сопряжения голограмм, образованньй двухкомпонентной оборачивающейся системой однократного увеличения, пространственный фильтр, объектную голограмму и приемную систему. Восстановление волн симметричных или высших порядков дифракции обеспечивает реализацию, а также повышение чувствительности теневых и интерференционных измерений zj .

Одним из основных недостатков известного анализатора является влияние аберраций объективов и погрешности юстировки оборачивающей системы блока оптического сопряжения голограмм на фазовое распределение-волновых фронтов, восстановленных с голограмм. В свою очередь, искажение формы волнового фронта приводит к искривлению интерференционных полос, неравномерности их контраста по полю при использовании источника немонохроматического света и ухудшению качества тенеЬых картин, т.е. к уменьшению точности интерференционных и теневых изме рений.

Кроме того, известный анализатор имеет ограниченньй диапазон настрой1491222

ки частоты и ориентации интерференционных полос, приводящий к снижению информативности измерений. Настройка полос в анализаторе осуществляется взаимным разворотом голограмм вокруг оптической оси и взаимным наклоном их плоскостей. При повороте осуществляется настройка на полосы, перпендикулярные голографи10 ческим. Такая настройка обеспечивает практически любую частоту полос. Однако для изменения ориентации полос или настройки на полосы, параллельные голографическим полосам,

15 необходимо осуществлять взаимньй наклон плоскостей голограмм, при этом нарушается их оптическое сопряжение, приводящее к ухудшению контраста интерференционных полос и качества изображения картины.

Для получения приемлемой частоты полос наклон одной из голограмм относительно нормальной плоскости должен быть достаточно большим.

25 При этом интерференционные полосы

локализуются в плоскости, значительно наклонной к плоскости регистрации картины, в результате ухудшается контраст полос до полного исчезноJQ вения. Кроме того, сильно искажается форма непрозрачных частей исследуемого объекта, что также приводит к уменьшению точности измерений. Цель изобретения - повышение информативности за счет изменения ориентации интерференционных полос настройки и точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что в голограммном анализаторе волновых фронтов, содержащем последовательно расположенные осветительную систему, опорную голограмму, блок оптического сопряжения голограмм с пространственным фильтром, объектную голограмму, причем опорная и объектная голограммы выполнены с возможностью поворота вокруг оптической оси, блок оптического сопряжения голограмм выполнен однокомпонентным, осветительная система расположена За двойным фокусным расстоянием блока сопряжения голограмм, причем выходной зрачок ее расположен в главной плоскости блока сопряжения голограмм и совмещен с плоскостью пространственного фильтра, а опорная и объектная голограммы выполнены с возможностью перемещения 3 вдоль оптической оси голограммного анализатора. На чертеже приведена оптическая схема предлагаемого голограммного анализатора. Анализатор содержит последовател но расположенные осветительную систему 1, опорную голограмму 2, пространственный фильтр 3, однокомпонентный блок 4 оптического сопряжения голограмм 2 с объектной голограммой 5, приемную систему 6 для наблюдения и фотографирования теневых и интерференционньтс картин Осветительная система расположена з двойным фокусным расстоянием блока оптического сопряжения голограмм 2 и 5. Анализатор работает следующим образом. Осветительная система формирует слабо сходящийся световой пучок таким образом, что выходной ее зрачок (изображение источника света или ограничивающей его диафрагмы) располагается на расстоянии, нескол ко большем двойного фокусного расст яния блока 4 оптического сопряжения голограмм. Сформированный световой пучок освещает голограмму 2, после которой дифрагированные пучки через пространственный фильтр 3 направляются в блок 4. После блока 4 вьщеленные пучки направляются на го лограмму 5, установленную в плоскос ти изображения голограммы 2. Восста новленные голограммой 5 световые пучки направляются в приемную систе му 6, где в плоскости регистрации образуют интерференционную или тене вую картину. Выполнение блока оптического сопряжения голограмм однокомпонентным например в виде одной линзы, обеспечивает точность его юстировки, при которой гарантируется равенств аберраций пучков, прошедших через блок оптического сопряжения симмет рично относительно его оптической оеи. При взаимодействии таких пучков аберрации их не влияют на крив ну наблюдаемых интерференционных полос. Расположение осветительной сист мы за двойным фокусным расстоянием блока сопряжения голограмм и совме щение ее выходного зрачка, т.е. пл кости фокусировки световых пучков. 2t с главной плоскостью блока сопряжения голограмм обеспечивают минимальное влияние блока на форму прошедших через него волновых фронтов, а значит, на кривизну и контраст интерференционных полос в образованной картине, а также точность теневых измерений. Таким образом, выполнение блока оптического сопряжения голограмм однокомпонентным и совмещение с его главной плоскостью плоскости выходного зрачка осветительной системы обеспечивают получение высококачественной теневой или интерференционной картины, чем достигается повышение точности измерений. Кроме того, вьтолнение блока оптического сопряжения голограмм и установка осветительной системы указанным способом, а также расположение в главной плоскости блока сопряжения пространственного фильтра существенно уменьшают габариты блока, а также упрощают конструкцию как самого блока, так и всего анализатора в целом. Установка голограмм с возможностью перемещения вдоль оптической оси анализатора существенно упрощает настройку интерференционных полос на любую частоту и ориентацию. Установка голограмм строго на двойном фокусном расстоянии обеспечивает настройку на бесконечно широкую полосу. Перемещением голограмм вдоль оси вьтолняется настройка полос, параллельных голографическим , причем в зависимости от направления перемещения голограмм относительно нулевого положения наблюдаются интерференционные картины разного знака. Поворотом голограмм вокруг оптической оси изменяют ориентацию полос, а в случае нулевого положения (на двойном фокусном расстоянии) осуществляют настройку полос, перпендикулярных голографическим. Таким образом, установка голограмм с возможностью перемещения вдоль и поворота вокруг оптической оси анализатора обеспечивает практически любую настройку без ухудшения контраста интерференционных полос (голограммы в любом положении остаютI .1149122

ся в сопряженных плоскостях). Благода- лением градиента показателя преломря этому появляется возможность ления, т.е. повьшается информативисследования объектов с любым направ- ность анализатора.

ГОЛОГРАММНЫЙ АНАЛИЗАТОР волновых фронтов, содержащий последовательно, расположенные осветительную систему, опорную голограмму, блок оптического сопряжения голограмм с пространственным фильтром, объектную голограмму, причем опорная и объектная голограммы выполне- i ны с возможностью поворота вокруг i оптической оси, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повы- : шения информативности за счет изменения ориентащ1и иитерференционных полос настройки и точности измерений, блок оптического сопряжения голограмм выполнен однокомпонентным, осветительная система расположена за двойным фокусн1Д4 расстоянием блока сопряжения голограмм, причем выходной зрачок ее расположен в главной плоскости блока сопряжения голограмм и совмещен с плоскостью пространственного фильтра, а опорная и объектная голограюал выполнены с возможностью перемещения вдоль оптической оси голограммного анализатора.