Устройство обработки голограмм фазовых объектов Советский патент 1987 года по МПК G03H1/22 

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано в экспериментальной газо- и гидродинамике, теплофизике, теплотехнике, акустике, интерференционной спектроскопии и в других областях науки и техники, связанных с изучением фазовых объектов, характеризующихся низкими плотностями, при контроле ка чества точных оптических элементов.

Известно устройство обработки голограмм фазовых объектов, содержащее источник когерентного света, телескопическую систему, объектную голограмму и приемную часть, включающую два объектива, диафрагму с двумя отверстиями, причем объектная голограмма расположена в передней фокальной плоскости первого объектива, а диафрагма - в совмещенной задней фокальной плоскости второго объектива, и регистрирующую-.систему, расположенную в задней фокальной плоскости второго объектива. Это устройство обеспечивает получение больших значений коэффициента увеличения чувствительности измерений в соответствии с рядом чисел 2 , где п 1,2,3 - число циклов перезаписи голограммы Л .

Недостатком этого устройства является ограничение возможности увеличения чувствительности измерений из- за резкого возрастания несущей пространственной частоты голограммы в процессе ее перезаписи.

Наиболее близким к предложенному устройству является устройство обработки голограмм фазовых объектов, содержащее осветительную систему, включающую оптически связанные лазер линзовый телескоп, систему разделения первым светоделителем и сведения вторым светоделителем световых пучков в плоскости объектной голограммы и приемную систему, содержащую два объектива, между которыми установлена диафрагма с двумя отверстиями, и регистратор, при этом объектная голограмма располагается в передней фокальной плоскости первого объектива, а диафрагма - в задней фокальной плоскости того же объектива и передней фокальной плоскости второго объектива, фоторегистратор, расположенный в задней фокальной плоскости второго объектива, и вторую оптическую систему разделения и сведения

ю

световых пучков, вторую линзовую телескопическую систему и второй лазер, расположенные последовательно за фоторегистратором симметрично относительно плоскости расположения диафрагмы к первому лазеру, первой телескопической системе и первой оптической системе разделения и сведения световых пучков 2 .

Недостатком указанного устройства является ограниченная функциональная возможность его регулировки,а именно коэффициента чувствительности из- 15 мерений.

Как следует из описания принципа действия устройства, коэффициент увеличения чувствительности изменяется

в соответствии с рядом чисел i , где п 1,2,3 - число циклов в перезаписи голограмм. Интервал между соседними значениями коэффициента увеличения чувствительности измерений резко возрастает, особенно при больших их значениях. Это ограни4и- вает возможности применения этого устройства в ряде практически важных случаев, когда объект характеризуется плавным изменением поля плотности в широком диапазоне.

Кроме того, известное устройство характеризуется сложностью, обусловленной наличием второго лазера, второй телескопической системы, второй оптической системы разделения и сведения световых пучков, что увеличивает его габариты и аберрации.

Цель устройства - увеличение диапазона регулировки чувствительности устройства и его упрощения за счет исключения второго лазера и соответствующих ему систем формирования, сведения и разведения пучков.

Цель достигается тем, что в уст- ройстве обработки голограмм фазовых объектов, содержащем осветительную систему, включающую оптически связанные лазер, линзовый телескоп и систему разделения первым светоделителем и сведения вторым светоделителем световых пучков в плоскости объектной голограммы, приемную систему, содержащую два объектива, между которыми установлена диафрагма с двумя от- верстиями, и регистратор, регистратор установлен симметрично объектной голограмме относительно второго светоделителя, введены дополнительно оптически связывающие голограмму через

диафрагму с регистратором поворотные зеркала и фотозатворы, один из которых установлен между вторым светоделителем и объектной голограммой, а другой - между этим светоделителем и регистратором.

Кроме того, в устройство введена система сравнения, изображений, содержащая последовательно установленные линзу, диафрагму, вторую линзу и дополнительный регистратор, расположенная симметрично линзовому телескопу относительно первого светоделителя.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит лазер 1, телескопическую систему, состоящую из двух линз 2 и 3; зеркальную систему 4-7 разделения и сведения световых пучков; фотозатвор-диафрагму 8; объектную голограмму 9; два зеркальных объектива 10 и 11, в данном случае одновременно выполняющих роль поворотных зеркал и объективов, диафрагму 12 с двумя отверстиями, регистратор 13, фотозатвор-диафрагму 14, оптическую систему пространственного разделения пучков, составленную линзами 15 и 16 с размещенной внутри диафрагмой 17, и второй регистратор 18.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1, расширяется телескопической системой, составленной линзами 2 и 3, и направляется в оптическую систему разделения и сведения световых пучков 4-7. Два световых пучка направляются через фотозатвор-диафрагму 8 на голограмму 9. Угол мезкду пучками задают таким образом, чтобы плюс первый порядок дифракции освещающего голограмму 9 светового пучка, сфокусированного объективом 10, проходил через одно отверстие диафрагмы 12, а минус первый порядок дифракции другого пучка, освещающего голограмму 9, проходил через другое отверстие диафрагмы 12. Эти световые пучки соединяются в плоскости фоторегистратора 13 и взаимодействуют между собой с образованием голографической картины. Интерферируют пучки с фазами +йц и -лц.

На фоторегистраторе 13 производится запись вторичной голограммы, но уже с удвоенной фазой последующего

объекта 2 лц. В качестве фоторегистратора целесообразно использовать термопластик, в этом случае не требуется фотохимическая обработка. После получения вторичной голограммы 13 фотозатвор-диафрагма 8 закрывается, производится перемотка ленты регистратора 9, после чего открывается фотозатвор-диафрагма 14. В результате

полученная вторичная голограмма 13 с удвоенной фазой 2uif просвечивается двумя пучками когерентного света, сформированного теми же элементами 1-7. Дифрагированные в плюс и минус первом порядках дифракции комплексно -сопряженные волны проходят через те же отверстия в диафрагме 12 и сводятся на фоторегистраторе 9, где они взаимодействуют с образованием

голографической картины. После экспонирования получают голограмму с накопленной фазой 4дср. Затем указанный выше цикл перезаписи повторяют п-раз до получения требуемой степени накопления фазы, определяемой как 2 utf , где п 1,2,3 - число циклов перезаписи.

Таким образом,на ленте 9 и 13 регистратора получают последовательность голограмм с накопленной фазой, определяемой значением ряда чисел 2, где п 1,2,3..., причем на ленте 9 регистратора эти значения определяются четными значениями, а на ленте

13 регистратора - нечетными значениями натурального ряда чисел.

Для обеспечения регулировки коэффициента увеличения чувствительности производят перемотку последовательности голограмм на лентах 9 и 1.3 регистратора и выбирают требуемую пару голограмм. Например, для получения интерференционной картины с увеличением чувствительности соответствующего середине между значениями коэффициента чувствительности равного 2 и 2 раз, из последовательности голограмм ленты 9 выбирают голоО

грамму с накопленной фазой в 2 дц, а из последовательности голограмм ленты 13 - голограмму с наклонной фазой в 2 &tf . Затем открывают фотозатворы-диафрагмы 8 и 14, закрывают одно из отверстий диафрагмы 12, нап- ример нижнее.

Восстановленная с указанной голограммы ленты 9 волна с накопленной фазой формируется объективом 10,

51

проходит через верхнее отверстие диафрагмы 12, формируется объективом 11, проходит четырехпластинчатую систему зеркал и светоделителей б -А,выделяется оптической системой пространственного разделения пучков 15-17 и падает на второй ;регистратор 18. Одновременно с указанной голограммы ленты 13 .восстанавливается волна с наклонной фазой в 2 противоположного знака. Эта волна формируется объективом и проходит через верхнее отверстие диафрагмы 12, формируется объективом 10, проходит через систему зеркал и светоделителей 6-4, опти ческую систему пространственного раз деления пучков 15-17 и также падает на фоторегистратор 18. Указанные вол ны взаимодействуют с образованием интерференционной картины, коэффициент увеличения чувствительности кото рой равен середине между значениями коэффициента чувствительности равного 2 и 2 раз. Подобным образом можно получать и другие значения коэффициента увеличения чувствительное ти голографической интерферометрии,

3306036

которые находятся в интервалах между значениями коэффициента чувствительности,определяемого рядом чисел 2, где п 1,2,3...

Предложенная схема устройства обработки голограммы обеспечивает максимальное использование оптических элементов и лазера за счет указанного расположения э-тих элементов и их взаимодействия в процессе работы устройства.

15 Таким образом, изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства путем обеспечения более плавной регулировки коэффициента увеличения чувствительности изме20 рений, что расширяет область применения этого устройства. Упрощается конструкция, уменьшаются габариты устройства, улучшаются ее аберрационные характеристики и создается пря25 мой экономический эффект за счет

уменьшения оптических элементов и использования одного лазера.

П

Редактор М.Дыпьм

Составитель В. Аджалов

Техред М.Ходанич Корректор А. Тяско

Заказ 3581/49Тираж 420Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4