Гетеродинный способ обработки голограмм и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G03H1/04 G01B9/21 

00 05 00

00 ел

113

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в газо- и гидродинамике, теплофизике и теплотехнике, акусти- ке, физике плазмы,при исследовании прозрачных неоднородностей.

Целью изобретения является расширение области применения и компенсации аберраций.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 излучения, телескопическую систему 2 и 3, неподвижную часть 4 узла совмещения голограмм, фотоэлемент 5, подвижную часть 6 узла совмещения, источник 7 света, объектную 8 и опорную 9 голограммы, отверстие 10, двига- тель 11, телескопическую систему, содержащую объектив 12, диафрагму 13

и второй объектив 14, матрицу 15 фотоэлементов, электронную систему измерения разности фаз электрических сигналов, включающую усилители-формирователи 16 и 17 сигналов с фотоэлементов, расположенных соответственно в невозмутденной и возмущенной неоднородностью областях рабочего поля аналоговый коммутатор 18 сигналов „ фотоэлементов, расположенных в возмущенной области, схему 19 формирования сигнала, длительность которого равна периоду опорного сигнала (не- возмущенная область), фазовый детектор 2U со схемой определения знака фазы, блоки 21 н 22 формирования кода длительности интервалов, блок 23 регистров, генератор 24 тактовых им- пульсов, усилитель-ограничитель 25 сигнала дополнительного фотоэлемента фиксирующего совмещение голограмм , и ЭВМ 26.

Опорная голограмма 9, зарегистри- рованная без неоднородности, и объектная голограмма 8, зарегистрированная с неоднородностью, устанавливаются ,в специальный узел совмещения

состоящий из неподвижной 4 и ПОДВИЖ-

ной 6 частей и позволяющий точно совместить голограммы. Голограммы освещаются коллимированным пучком света, сформированными телескопической системой 2 и 3. В плоскости 13 произво- дится фильтрация первого порядка дифракции света. Совмещение голограмм контролируют в оптически сопряженной плоскости 15, добиваясь их вза12

имньи смещением и разворотом настрой ки, например, на бесконечно широкую интерференционную полосу. При зтом заданное пространственное положение голограмм фиксируется по дополнительному электрическому сигналу, вырабатываемому системой источник 7 света совмещенные отверстия 10 - фотоэлемент 5. Одну из голограмм, например 9, приводят в возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью, в плоскости 15 осуществляют преобразование светового сигнала в электрический, а с помощью электронной системы 16-26 измеряют разность фаз электрических сигналов. Опорная и объектная голограммы, зарегистрированные в одном голографическом интерферометре, имеют одинаковые аберрации при их точном совмещении, а их коэффициенты пропускания определяют выражениями

1,- l+cos 2 Vx+v(x,y) ; -C -l+cos 2)Fvx+(Xx,y) + (x,y) ,

где х,у - координаты в плоскости голограммы, одна из осей которых перпендикулярна, а другая - параллельна ттри- хам голограмм; - пространственная частота

штрихов голограмм; (j(yi,y} - аберрации оптической системы;Е(Х,У) - изменение фазы,- вносимое

неоднородностью. При освещении совмещенных голограмм одним опорным пучком и интерференции восстановленных первых tio- рядков дифракции света компенсируются аберрации оптических систем, используемых как для записи голограмм, так и в процессе восстановления. В процессе восстановления совмещенных голограмм, одна из которых, например опорная, имеет в момент совмещения скорость и, в плоскости 15, оптически сопряженной с плоскостью совмещенных голограмм, модуляция интенсивности излучения в невозмущенной и возмущенной неоднородностью областях рабочего поля определяется выражениями

I -l+cos(2lVUt); Ig l+cos 2FVUt+e(x,y) .

Таким образом, изменение интенсивности во времени осуществляется с

31

частотой (OU). С преобразованием светового сигнала в электрический измеряется разность фаз между двумя электрическими сигналами, соответствующими возмущенной и невозмущенной областям, тем самЬгм непосредственно регистрируется изменение фазы,вносимое неоднородностью.

Регистрация опорной голограммы без неоднородности позволяет расширить область применения способа при исследовании быстропротекающих или нестационарных процессов, требующих получения ряда голограмм, соответствующих разным моментам времени, при этом осуществляется запись сначала объектной, а затем опорной голограмм на разные фотоносители, которые в процессе восстановления совмещаются Точные совмещения голограмм контролируются по восстановленной интерференционной картине с настройкой на бесконечно широкую полосу.

Известный способ не позволяет ос ществить регистрацию киноголограмм из-за невозможности точного совмещения голограмм в процессе записи. Ос вещение совмещенных голограмм в процессе восстановления одним опорным пуском позволяет компенсировать абе рацни оптической системы регистраци голограмм и аберрации оптической системы формирования опорного пучка которые одинаковым образом входят в

восстановленные первые порядки дифрак-35 пательное движение с постоянной ско- ции света на опорной и объектной го- ростью подвижной части 6, которая лограммах, а следовательно, вычитаются при интерференции.

установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам решетки. При этом осзоцествляется модуляция интенсивности по времени в восстановленной интерференционной картин ПО синусоидальному закону- в соответст вии с формулами

При этом точное совмещение голо- грамм фиксируется по дополнительному электрическому сигналу. В известном способе голограмма в процессе восстановления освещается двумя опорными пучками, оптические системы формиро- вания этих пучков имеют в общем случае различные аберрациц, которые не компенсируются, а кроме того, допол- нительные аберрации могут вносить акустооптические модуляторы, установ ленные в обоих пучках. Приведение одной из голограмм в возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью позволяет промодулировать HHt тенсивность восстановленной интерфе- ренционной картины по времени с определенной частотой более простьми по сравнению с известным способом средствами.

0

15

25 ется

0

30

Устройство работает следующим образом.

Излучение от источника 1 света коллимируется системой 2 и 3 и направляется на совмещенные опорную и объектную голограммы, установленные в специальный узел совмещения, состоящий из неподвижной 4 и подвижной 6 частей. Точное/совмещение голограмм при этом контролируется в плоскости 15, оптически сопряженной с плоскостью совмещения голограмм с помощью телескопической системы 12 и 14, при интерференции первых порядков дифракции света на голограммах, которые фильтруются узлой фильтрующей диафрагмы 13, с настройкой на бесконечно широкую интерференционную полосу. После совмещения голограмм в плоскости 15 устанавливается матрица фотоэлементов, которая преобразует световые сигналы в электрические. Пространственное совмещение голограмм фиксирус помощью системы из отверстий 10 в обеих частях узла совмещения, против которых установлены источник 7 света на подвижной части 6 и дополнительный фотоэлемент 5 на неподвижной части 4, вырабатывающий электрический сигнал при совмещении отверстий 10.

Двигател1э 1 1, установленный на неподвижной части узла совмещения голограмм, осуществляет возвратно-поступательное движение с постоянной ско- ростью подвижной части 6, которая

ГД

установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам решетки. При этом осзоцествляется модуляция интенсивности по времени в восстановленной интерференционной картине ПО синусоидальному закону- в соответствии с формулами

IH-I+CGS (2/rvut); lB/-l+cosr2FilUt+C(x,y) ,

- интенсивности излучения в невозмущенной и возмущенной неоднородностью областях рабочего поля; - пространственная частота

щтрихов голограмм; f(x,y) - изменение фазы, вносимое неоднородностью в объектную волну;

и - скорость движения подвижной части узла совмещения голограмм;

t - время;

х,у - координаты в плоскости матрицы фотоэлементов. Матрица фотоэлементов преобразует световой сигнал в электрический, также изменяющийся по синусоидальному закону и отличающийся по фазе в возмущенной области от опорного сигнала и сигнала, соответствующего произвольной fo4Ke возмущенной области поля, непосредственно по величине и знаку, связанного с изменением фазы, вносимым неоднородностью в объектную волну в данной точке соот- нощением

Е(х,у)27Гл1:(х,у) г

где

Л период изменения электрического сигнала; интервал, соответствующий временной задержке сигнала, поступающего с датчиков, расположенных в возмущенной области рабочего поля, относительно опорного сигнала. Электронная система 16-26 осуществляет измерение сдвигов фаз регистрируемых сигналов по величине и знаку. Опорный сигнал поступает на усилитель-формирователь 16, который усиливает сигнал и.преобразует его в импульсы прямоугольной формы с фронтом и срезом, соответствующим переходу входного сигнала через нулевой уровень. Сигнал с выхода усилителя- формирователя 16 поступает на вход формирователя 19 сигнала, который формирует импульсный сигнал, длительность которого равна периоду входной импульсной последовательности, поступающей с усилителя-формирователя 16.

Сигналы, соответствующие возмущенной области рабочего поля, поступают на аналогового коммутатора 18, на вторые входы которого от ЭВМ 26 по адресной шине поступает ход адреса коммутируемого фотоэлемента, С выхода коммутатора 18 сигнал поступает на вход усилителя-формирователя 17, выполняющего функции, аналогичные усилителю-формирователю 16. Сигналы с выхода схемы 19 и усилителя-формирователя 17 подаются на фазовый детектор 20, который формирует импульсы с

длительностью, по абсолютной величине равной разности между моментами прихода передних фронтов импульсов с усилителя-формирователя 17 и

0

5

0

5

0

G

0

5

0

5

схемы 19, и одновременно формирует двоичный сигнал, значение которого определяет знак сдвига фаз между входными сигналами. Код знака фазы фиксируется в блоке 23 регистров. Сформированные сигналы длительностью jf и t поступают соответственно на входы блоков 21 и 22 формирования кода длительности интервала л f Hi , которые являются стробируемыми счетчиками импульсов. Счетчики подсчитывают импульсы, вырабатываемые задающим гене- iJaTopoM 24, а количество подсчитанных импульсов пропорционально длительности интервалов Af и . Работа блоков

21и 22 разрешается сигналом от дополнительного фотоэлемента 5, который поступает на усилитель-ограничитель 25 сигнала, представляющий усилитель с пороговым устройством. Блоки 21 и

22формируют также сигнал Конец преобразования 1, 2, появление которого означает, что в счетчиках блоков 21

и 22 фиксируется код длительности jl и и происходит перезапись содержимого счетчиков в блок 23 регистров, в котором дополнительно фиксируются сигналы: Конец преобразования 1,2, знак фазы и сигнал от дополнительного фотоэлемента 5.

ЭВМ 26 анализирует состояние блока 23 регистров, когда последний фик- сирует сигналы Конец преобразования 1, 2, в ЭВМ по входной пине данных поступают коды й , f и код знака фазы. ЭВМ выдает сигналы очистки блоков 21-23, начальной установки схемы определения знака фазы фазового детектора 20 и формирует адрес следующего фотоэлемента.

Установка одной из частей узла совмещения голограмм на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограмм, и введение двигателя, установленного на неподвижной части узла совмещения и осуществляющего возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью подвижной части узла совмещения, позволяют модулировать интенсивность в восстановленной интерференционной картине по времени с определенной частотой, зависящей от скорости движения подвижной части узла совмещения, не вводя акустоопти- ческих модуляторов, вносящих погрешности в измерения за счет аберраций. Выполнение отверстий в обеих частях узла совмещения и фиксация точного

пространственного совмещения голограм по сигналу, вырабатываемому системой источник света и дополнительный.фотоэлемент, установленные против отверстий, позволяют компенсировать аберрации оптической системы записи голограмм и, используя при восстановлении один опорный пучок, системы восстановления.

Кроме того, зто обеспечивает работу системы с двумя совмещенными голограммами, регистрация которых позволяет исследовать быстропротека- ющие процессы с получением ряда голограмм или киноголограмм, что расширяет область применения устройства.

Формула изобретения

20 ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и компенсации аберраций, одна из частей узла совмещения голограмм установлена на направляющей, ориентированной перпен1. Гетеродинный способ обработки голограмм, заключающийся в освещении объектной голограммы, зарегистрированной с неоднородностью фильтрации первого порядка дифракции света, пре- 25 дикулярно штрихам голограммы, и в образовании световых сигналов в элек- устройство дополнительно введены двигатель, установленный на неподвижной части узла совмещения голограмм, и датчик совмещения голограмм, соединенный с дополнительным фотоэлементом, выход которого связан с электронной системой измерения разности фаз

трические и измерении разности фаз электрических сигналов, о т л и чающийся тем, что, с целью расширения области применения и компенсации аберраций, регистрируют опорную 1 олограмму без неоднородности, совмещают опорную и, объектную голо30

электрических сигналов.

граммы, приводят одну из голограмм в возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью, а разность фаз измеряют в момент пространственного совмещения голограмм.

2. Устройство для обработки голограмм, содержащее осветительную систему, включающую источник освещения голограмм, телескопическую систему, узел совмещения голограмм, состоящий из двух частей, и приемную систему, йключаклцую телескопическую систему с

узлом-фильтрующей диафрагмы, расположенные последовательно матрицу, фо- тозлементов, соединенную с электронной системой измерения разности фаз электрических сигналов, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и компенсации аберраций, одна из частей узла совмещения голограмм установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограммы, и в устройство дополнительно введены двигатель, установленный на неподвижной части узла совмещения голограмм, и датчик совмещения голограмм, соединенный с дополнительным фотоэлементом, выход которого связан с электронной системой измерения разности фаз

электрических сигналов.

Изобретение относится к опти-, ческому приборостроению. Цель состоит в расширении области применения и компенсации аберраций оптической системы. Опорную диаграмму записывают без однородности. Затем совмещают опорную и объектную голограммы и приводят одну из голограмм в движение с постоянной скоростью. Точное совмещение голограмм фиксируют по дополнительному электрическому сигналу. В устройстве для реализации гетеродинного способа обработки голограмм одна из частей узла совмещения голограмм установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограммы. Введен двигатель, установленный на неподвижной части узла совмещения. Для точного совмещения голограмм установлен дополнительный фотоэлемент, вырабатывающий электрический сигнал в момент совмещения голограмм. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. i (Л