Гетеродинный способ дифференциальной интерферометрии Советский патент 1992 года по МПК G01B9/21 G03H1/26 

Изобретение относится к области голо- графической интерферометрии.

Известен способ голографической дифференциальной интерферометрии, включающий регистрацию серии голограмм различных состояний объекта. Полученные голограммы могут быть обработаны гетеродинным способом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению выбран гетеродинный способ дифференциальной интерферометрии.

Хотя способ позволяет одновременно обрабатывать более двух голограмм, но схема реализации способа сложна, так как необходимо каждую обрабатываемую голограмму приводить в движение с определенной скоростью, т.е. каждую голограмму устанавливать в держатель, а каждый держатель перемещать с определенной скоростью. Количество одновременно обрабатываемых голограмм не превышает количество держателей,что снижает производительность способа.

Целью изобретения является упрощение схемы реализации и повышения производительности способа.

На чертеже изображена оптическая схема устройства для реализации дифференциальной интерферометрии.

Устройство содержит совмещенные голограммы 1, установленные в держателе 2 с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси устройства и перпен- дикулярно полосам по голограммах, объективы 3, 4, и фильтрующую диафрагму 5 для выделения восстановленных волн. В плоскости 6, оптически сопряженной с голограммами 1, установлены фотоприемники 7 иве измеряемой точке интерференционной картину и в точке невозмущенной объектом соответственно.

Фотоприемники соединены с фильтрами 9 и 10 для выделения электрического сигнала не определенной частоте. Выходы фильтров соединены с измерителем фаз 11 следования электрических сигналов.

О

ч

00

ел

Фильтры 9,10 могут быть выполнены на емкостно-индуктивных элементах. В качестве измерителя фаз 11 может быть использован фазометр или осциллограф.

Предлагаемый способ реализуется еле- дующим образом.

В голографическом интерферометре с гладкими пучками регистрируют серию голограмм исследуемого объекта, например, состояние которого меняется во времени. После каждой экспозиции меняют угол между опорным и объектным пучком. При этом выбирают угол таким, чтобы несущие пространственные частоты vi, V2, V3,..., vn голограмм были таковы, что модуль разно- сти двух произвольно выбранных частот в серии не повторялся, т.е.

I V8 -Vb I I Vc-Vd I,

где частоты va, . vc и выбраны произвольно из серии. Серия голограмм (п штук) может быть зарегистрирована на одном носителе, что уже обеспечивает их точное совмещение. Амплитудное пропускание совмещенных голограмм при линейных условиях регистрации и обработки имеет вид

Г« П + COS ( 2 JTV1 + Ј1 ) + COS ( 2 ПУг + &i )+

...+ cos (2 nv +en ).

(D

где Ј1, €2 ,..., Јп изменения фазы, вызванные изменением состояния объекта. Носитель 1 устанавливают в держатель 2, и освещают колл мированным пучком света с циклической частотой и) . Пространственным фильтром 5 выделяют восстановленные п объектных волн, и в плоскости 6 получают многолучевую интерференцией- ную картину, Перемещают держатель 2, а с ним совмещенные голограммы 1 со скоростью v. При движении голограмм с них восстанавливается п волн, имеющих сдвиг циклической частоты, обусловленный эф- фектом Доплера. Распределение комплексных амплитуд восстановленных волн можно записать в виде

A 2/exp i(ft - -oOt+Ei L (2)

где О)| 2 nV( v - сдвиг циклической частоты восстановленной 1-й волны.

Из выражения (2) следует, что каждая восстановленная волна имеет отличающийся сдвиг циклической частоты. Распределение освещенности многолучевой картины в плоскости 6 можно записать в виде:

E(t) 22 i k

(3)

Освещенность E(t) в плоскости 6 преобразуют в электрический сигнал (т) фотоприемниками 7,8 при этом распределение фазы электрического сигнала l(t) соответствует распределению фазы светового сигнала E(t). Таким образом на вход фильтров 9, 10 поступают электрические сигналы, спектр временных частот, которых согласно (2), (3) имеет вид

22(wi-ft).

(4)

При настройке фильтров 9, 10 на дискретную частоту (Иго на вход измерителя фаз 11 будут поступать электрические сигналы l ik и l ik с фильтров 9, 10 соответственно

ilk 1 (v -Vk)t +ei (5)

hk 1+соз 2лг(п-Vk)t.

(6)

5

0

5 0

0

5

Сигнал l ik в невозмущенной объектом точке является опорным. Электрические сигналы с другими дискретными частотами на вход измерителя разности фаз 11 не поступают, так как обрезаются фильтрами 9, 10, настроенными на определенную циклическую частоту. Регистрация голограмм на отличающихся несущих частотах, причем таких, чтобы модуль разности двух произвольно выбранных частот в серии не повторялся, необходима для исключения наложения электрических сигналов на входе измерителя фаз 11 с изменением фаз (Ја - Јь)и ( Ј| - Јd ) . что приводит к неоднозначности измерений. Измерителем фаз 11 определяют разность фаз Доследования электрических сигналов hk и l ik

A# ei-Јk.(7)

Измеренная величина характеризует изменение состояния объекта за время, прошедшее между регистрацией I- и k-й голограммами. Для обработки другой пары голограмм настраивают фильтры 9, 10 на другую частоту и измеряют разность фаз следования электрических сигналов.

Преимущества заявляемого способа заключаются в реализации его при использовании одного подвижного держателя, что позволяет значительно упростить оптическую схему и также увеличить количество обрабатываемых голограмм.

Формула изобретения

Гетеродинный способ дифференциальной интерферометрии, включающий регистрацию серии голограмм различных

состояний объекта, восстановление объектных волн с движущихся голограмм, в результате чего образуется многолучевая интерференционная картина, преобразование ее в электрический сигнал, изменяющийся во времени, выделение из спектра электрического сигнала разности фаз следования сигналов на определенной дискретной частоте и определение по разности фаз изменения состояний объекта, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы реализации и повышения производительности способа, серию голограмм регистрируют с отличающимися несущими

пространственными частотами, причем пространственные частоты выбирают такими, чтобы модуль разности двух произвольно выбранных частот в серии не повторялся, совмещают их и перемещают совмещенные

голограммы с одинаковой скоростью.

Сущность: серию голограмм, которые несут информацию о различных состояниях объекта, записывают с отличающимися несущими пространственными частотами, совмещают их и при восстановлении перемещают с одинаковой скоростью. В результате образуется многолучевая интерференционная картина, из которой об изменениях объекте судят по разности фаз. 1 ил.

Г

AV