Способ голографической интерферометрии в реальном масштабе времени Советский патент 1992 года по МПК G01B9/21 G03H1/04 

СО

с

Сущность изобретения: регистрируют первую эталонную голограмму при интерференции эталонного (без объекта) и опорного пучков, изменяют угол между эталонным и опорным пучками, выделяют пучок, восстановленный в 1-м порядке дифракции эталонным пучком, и прямопрошед- ший опорный пучок. В плоскости, оптически сопряженной с первой эталонной голограммой, регистрируют вторую эталонную голограмму, а интерферограмму регистрируют при освещении двух эталонных голограмм. 1 ил,

Изобретение касается применения голографии в интерференционных исследованиях.

Известен способ голографической интерферометрии в реальном масштабе времени, позволяющий наблюдать изменения интерференционной картины одновременно с изменением исследуемого объекта.

Недостаток известного способа заключается в том, что после химической обработки эталонной голограммы последнюю необходимо точно установить на прежнее место. При смещении эталонной голограммы относительно первоначального положения аберрации эталонного пучка будут компенсированы не полностью (остаточные аберрации), что приведет к искривлению полос на интерферограмме. Кроме того, химическая обработка, а также сушка фотоматериала приводят к усадке фотоэмульсии, что уже не позволяет точно установить эталонную голограмму в

первоначальное положение. При большой величине аберраций рассмотренные факторы приводят к остаточным аберрациям и тем самым уменьшают точность измерений. Например, для записи на голограмму диаметром 25 мм волны с общей аберрацией 50 А смещение, допущенное усадкой эмульсии или неточностью установки эталонной голограммы в первоначальное положение, не должно превышать 0,05 мм, что по техническим причинам затруднительно Таким образом, остаточные аберрации присутствуют в интерферометре, работающем в реальном масштабе времени, практически всегда при сильных аберрациях в объектной ветви.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет увеличения степени компенсации аберраций.

На чертеже изображена оптическая схема устройства для осуществления предлагаемого способа.

ч

VI

о VJ со ел

Устройство содержит первую 1 и вторую 2 эталонные голограммы, объективы 3-6 для оптического сопряжения эталонных голограмм и интерферограммы 7, а также диафрагмы 8, 9 для выделения пучков.

Способ осуществляется следующим образом. Регистрируют первую эталонную голограмму 1 при интерференции эталонного (без объекта) 10 и опорного 11 пучков. Амплитуды пучков 10 и 11 имеют вид Аэ ехрПр,(1)

k x sinai , (2)

где р- аберрации эталонного пучка;

2 п k -Г волновое число;

х - координата вдоль оси ОХ;

угол между эталонным и опорным пучками. Амплитудное пропускание первой эталонной голограммы имеет вид

n 1+cos kxsin а , (3) где (р - изменение фазы, вызванное аберрациями эталонного пучка.

Однако из-за усадки эмульсии фотоматериала распределение фазы будет несколько отличным от распределения изменений фазы (р эталонной волны, вызванных аберрациями. Освещают первую эталонную голограмму эталонным и опорным пучками с комплексными амплитудами Аэ, АО, при этом изменяют угол между пучками 10, 11 на ccz . Эталонным пучком 10 восстанавливают в первом порядке дифракции волну с комплексной амплитудой

i(k x sin a + ), (4) где Д 95ч - остаточные аберрации.

Причем величина остаточных аберраций не может быть одного порядка с величиной общих аберраций системы регистрации. В противном случае не имело бы смысла из-за усадки фотоэмульсии применение эталонной голограммы для компен - сации аберраций. Таким образом, величина остаточных аберраций I I р . Амплитуда прямопрошедшей опорной волны 12 имеет вид

i к х sin ai .(5)

С помощью фильтрующего объектива 3 и двух отверстий в диафрагме 8 выдели ют волны с комплексными амплитудами Вэ, Во, и в плоскости, оптически сопряженной объективом 4 с голограммой 1, регистрируют вторую эталонную голограмму 2. Амплитудное пропускание второй эталонной голограммы имеет вид +cos kx(sin a -sin аг )+Д(р2 , (6)

где Дда-изменение фазы, вызванное остаточными аберрациями Дрч и искаженное из-за усадки эмульсии.

При получении интерферограммы вводят в пучок 10 исследуемый объект и освещают одновременно две эталонные голограммы 1 и 2. При этом дополнительно выделяют пучок Со, дифрагированный на второй эталонной голограмме 2 при освеще0 нии волной с амплитудой В0, и прямопро- шедший пучок с амплитудой Сэ с помощью фильтрующего объектива 5 и диафрагмы 9. Интерференционную картину регистрируют в плоскости 7, оптически сопряженной объ5 ективом б с эталонными голограммами 1 и 2. Амплитуды волн, образующих интерференционную картину, имеют вид

(к х sin a + &рг ), (7) 0 (kx sin a +Ј), (8) где е - распределение фазы, вызванное исследуемым объектом.

Распределение освещенности в интерференционной картине имеет вид +cos( + E}i (9)

где д р &..pz - остаточные аберрации.

Причем величина I д р I I ip I . т.е. величина остаточных аберраций интерферог- раммы 9 имеет величину значительно меньшую, чем величина остаточных аберраций при использовании одной эталонной голограммы.

Использование второй эталонной голо- 5 граммы, записанной определенным образом, позволяет повысить степень компенсации аберраций оптической системы. Причем эффект сравнительно с прототипом достигается не просто суммированием эффектов от применения двух эталонных голограмм, а произведением эффектов.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить степень компенсации аберраций не менее чем на порядок по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ голографической интерферометрии в реальном масштабе времени, заключающийся в том, что регистрируют первую эталонную голограмму при интерференции эталонного, без объекта, и опорного пучков и получают интерферограмму, выделяя восстановленный пучок в 1-м порядке дифракции и прямбпрошедший пучок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем увеличения степени компенсации аберраций, изменяют угол между эталонным и опорным пучками, выделяют пучок, восстановленный

5

в 1-м порядке дифракции эталонным пучком, и прямопрошедший опорный пучок, в плоскости, оптически сопряженной с первой эталонной голограммой, регистрируют

вторую эталонную голограмму, а интерфе- рограмму регистрируют при освещении объекта и двух эталонных голограмм.