Голографическая установка Советский патент 1986 года по МПК G03H1/02 G01M11/04 

Изобретение относится к оптике, а именно к области голографии, и может быть использовано в научных исследованиях и промышленности для изу4isHHH и контроля стационарных и нестационарных процессов, деталей машин и механизмов, элементов микроэлектроники и т.д.

Для осуществления записи голограм и голографических интерферрограмм необходимо обеспечить высокую механическую стабильность положения элемен тов оцтической схемы и источники излучения (лазера) относительно друг

друга и фоторегистрирующего устройства, на котором осуществляется запись голограммы или голографической интерферограммЫ. Сдвиг интерференционной картины в плоскости регистрации на долю периода (0,2 0,3 мкм) за время экспозиции практически полностью разрушает запись, поэтому при создании голографических приборов стремятся достичь максимальной механической стабильности. Нарушение механической стабильности Происходит из-за наличия механических вибраций, акустических колебаний воздушных потоков и теплового расширения элементов голографической схемы.

Известны голографические установ ки, содержащие расположенные последовательно на массивных плитах илиоптических скамьях элементы оптической схемы - источник света (лазер), свегоделитель, зеркала, линзы и регистратор голограмм. Плиты снабжены виброопорами, системами сообщающихся воздушных подушек, антивибрационными пневматическими подушками, либо плиты установлены на заглубленных: в земле фундаментах.

Массивные плиты предназначены для гашения высокочастотных механических колебаний; пневматические подушки, виброзащитные опоры и заглубленные в земле фундаменты защищают устройства от влияния низкочастотнь:х механических Колебаний. Для уменьшения влияния акустических помех, вызываюшрх несинхронные колебания элементов оптической схемы в известных устройствах, элементы закрепляют на массивных опорах, либо на плоскости плит, а также применяют различные шумоподавляющие экраны. Плиты и опоры оптических элементов выполняют из материалов с минимальным коэффициентом линейного и объемного расширения для уменьшения влияния деформаций и смещений под действием температурной неЪ абильности..

В результате такого традиционного конструктивного вьтолнения голографических установок оказываются очейь большими их габариты и стоимость; эксплуатация известных установок требует обслуживания квалифицированным персоналом, установки могут работать только в стационарных лабораторных условиях.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является голографическая установка, содержащая размещенные на стабилизирующей платформе источник когерентного излуче|НИЯ, оптические элементы, образующие системы формирования опорного и предметного пучков, и регистратор голограммы. Оптический квантовый генератор закреплен на нижней стороне плиты, а все остальные элементы оптической схемы установлены на верхней стороне плиты. Эта установка имеет значительные размеры и массу. Ее габариты составляют 28д;48 х

X 96 см, масса свыше 100 кг. Значительные размеры стабилизирующей плиты обусловлены необходимостью снизить до необходимого предела высокочастотные и низкочастотные механические

колебания, акустические помехи, влияние температурных деформаций и .смещений. Б результате установку нельзя использовать в качестве переносной, что ограничивает область ее использования. Необходимость вьшолнения стабилизирующей плиты большой массы приводит к увеличению ее размеров, что, в свою очередь, увеличивает относительные смещения элементов оптической схемы относительно друг друга. В результате эксплуатация установки оказывается чрезмерно сложной и доступной лишь высококвалифицированному персоналу.

Цельюизобретения является снижение механических и акустических помех при одновременном уменьшении габаритов и веса.

Поставленная цель достигается тем, что в голографической установке,

содержащей размещенные на стабилизирующей платформе источник когерентного

излучения, оптические Элементы, образующие системы формирования опорног и предметного пучков, и регистратор голограммы, стабилизирующая платфор ма выполнена в виде заключенных в к жух одинаковых, жестко соединенных между собой стержнями пространствен но-разнесенные несущих элементов, на которых жестко закреплены оптиче ки связанные оптические элементы, перпендикулярно несущим элементам установлен защитный экран с отверст ями в жесткой связи с ними и разделяющий внутренний объем установки на две зоны, в одной из которых установлен лазер с оптическим поворот ным элементом, а в другой - остальные оптиг1еские элементы, жестко зак репленные в крепежных местах несущих элементов, причем несущие элеме ты выполнены в виде пластин, а кожу выполнен вибрационно развязанным с несущими элементами. Ширина и высота установки опреде ляется размером голограмм, который для повышения качества изображения делается возможно большим. Однако |; аксимальный размер голограммы при приемлемом с практической точки зрения времени экспонирования зависит от мощности источника света. Мощность источников света типа газовых лазеров связана с их длиной: чем длинее лазер, тем выше мощность,Экспозиция при записи голограммы при заданной мощности источника также задана. Поэтому максимальный размер голограммы пропордионаленчи , где W - мощность,но и для максималь ного размера голограммы при заданной длине источника когерентного излучения можно написать xrv , , Z (L-t-d).(l) Экспериментально установлено, чт величины коэффициентов о. и 6 лежат в указанных пределах и независимы друг от друга. Выбор величин коэффициентов а и сУ в указанных пределах влияет на размер пластинчатых рам и определяется в конечном счете необходимым задаваемым размером объекта и голограммы, т.е. чтобы при необходимости осветить должным образом объект и зарегистрировать голограмму соответствующих размеров необходимо изменить конфигурацию расположения оптических элементов на пластинчатых рамах, что приводит к необходимым изменениям размеров рамы (х, у): рама может быть квадратом (х у), прямоугольниками различной формы (х у или X у), но при этом для сохранения стабилизирующего свойства платформы величины коэффициентов а и 6 должны остаться в указанных пределах. Количество пластинчатых рам не менее трех, соединенных между собой стержнями, обеспечивает необходимую жесткость платформы и трехмерное распределение оптических элементов голографической схемы: на первой раме расположены два отражающих зеркала, которые разворачивают пучок от источника кбгерентного излучения в оптическую схему, на второй раме установлены светоделитель и дополнительное зеркало, формирующее опорный пучок, на третьей раме установлен регистратор голограммы. Между источником когерентного излучения и оптическими элементами установлен жестко связанный с пластинчатыми рамами светозащитный экран в виде пластины с рифленой поверхностью, обращенной к источнику, что наряду с увеличением жесткости каркаса обеспечивает также добавочное подавление акустических помех и тепловую стабилизацию. Вьшолнение стабилизирующей платформы в виде стержней и пластинчатых рам обеспечивает требуемое трехмер 1ое расположение оптических элементов. Для дополнительного подавления внешних вибраций, акустических и тепловых колебаний стабилизующая платформа помещается в металлический кожух, -снабженный резиновыми прокладками. Трехмерное, объемное, сбалансироанное расположение элементов оптичесой схемы на пластинчатых рамах латформы в сочетании с размерами ам и стержней, удовлетворяющими найенным соотношениям (1), обеспечиват необходимую жесткость, виброзащиенность и нечувствительность к внешим механическим воздействиям из-за алости, синхронности и одинаковоси смещения элементов оптической схеы и согласование параметров источниа света (мощности), геометрию оптиеской схемы и характеристик регистирующих устройств и материалов. Взаимосвязь всех признаков и обесечение конструкцией соотношения (1)

обеспечивает минимальное относительное смещение оптических элементов голографической схемы и тем самым обеспечивает стабильность работы установки. При этом снижаются требования, к условиям эксплуатации (отпадает необходимость в стационарных виброзаащщеннмх: помещениях, фу1-щаментак и пр.) и расширяется область применения установки, так как установка может использоваться в заводских, лабораториях, при любых производственных условиях контроля технологических процессов, исследования труднодоступных объектовJ биологических м1-п рообъе;ктов и процессов.

Существенно уменьшаются габариты и масса установки в среднем она весит 5 кг и имеет, следующие габаритные размерь : длина 45 см, ширина 17 см, высота 12 см.

На фиг. 1 представлена оптическая схема установки с оптическими элементами, закрепленными на трех рамах; на фиг. 2 - установка с тремя рамами;25

на фиг. 3 - сечеьгае А-А на фиг. 2, на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2;на фиг. 5 - вид В на фиг. 2.

В состав установки входят первая

I,вторая 2 и третья 3 рамы, стержни 4, источник 5 когерентного излучения, зеркала б, оправа 7 зеркала, корпус 8 зеркала, дополнительное зеркало 9, светоделитель 10, линзы

II,объект 12 голографирования, регистратор 13 голограмм, светозащитный экран 14,

Пластинчатые рамы 1-3 (фиг, 2) скреплены стержнями 4 и образуют стабилизирующую платформу. В отверсfTHHx рам 2 и 3 параллельно стержням закреплен источник 5 когерентного нзлучения, В отверстиях рамы 1 (фиг.З) закреплены в оправах 7, вставленных

в корпус 8, два поворотных зеркала 6 и источник 5 когерентного излучения. В отверстиях рамы 2 (фиг. 4) закреплены в оправах 7, вставленных в кор5 пус 8, светоделитель 10, дополнительное зеркало 9, две линзы 11 и источник 5 когерентного излучения.

В отверстиях рамы 3 (фиг. 5) закреплены регистратор 13 голограммы

10 и источник 5 когерентного излучения. . В отверстиях пластинчатых рам 1-3 вставлен светозащитный экран 14, отделяющий источник 5 когерентного излучения от элементов оптической

15 схемы.

Голографическая установка, собранная на стабилизирующей платформе с тремя рамами, работает следующим образом.

20 Свет от когерентного источника 5 (фиг. 1), закрепленного на рамах 2 и 3 (фиг. 2), с помощью зеркал 6, закрепленных на раме 1, направляется на светоделитель 10, расщепляющий

Световой поток, прошедший через светоделитель 10, с помощью линзы 11 формирует световой поток, освещающий объект 12 голографирования. Световой

поток, отраженньш светоделителем 10 с помощью дополнительного зеркала 9, расщиренный линзой 11 направляется на регистратор 13 голограммы и является опорным пучком. Свет, рассеянньй объектом 12 голографирования, также падает на регистратор 13 голограммы, который регистрирует картину интерференции опорной и объектной волн (голограмму).

Количество рам в голографической установке может быть увеличено для размещения дополнительных оптических элементов или при необходимости использования другой оптической схемы. световой поток на два.

ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая размещенные на стабилизирующей платформе источник когерентного излучения, оптические -элементы, рбразующие оптические системы формирования опорного и предметного пучков, и регистратор голограммы, о тличающаяся тем, что, с целью снижения механических и акустических помех при одновременном уменьшении габаритов и веса, стабилизирующая платформа выполнена в виде заключенных в кожух одинаковых жестко соединенных между собой стержнями пространственно-разнесенных несущих элементов, на которых жестко закреплены оптически связанные оптические элементы, перпендикулярно несущим элементам в жесткой связи с ними установлен защитный экран с отверстиями, разделяющий внутренний .объем установки на две зоны, в одной из которых установлен лазер с оптичессл ким поворотным элементом, а в дру- ( гой - остальные оптические элементы, жестко Закрепленные в крепежньк местах несущих элементов, вьшолненных в виде пластин, а кожух выполнен вибрационно развя занньм с несущими ьо элементами. О5 сл о оо 00