Способ голографической интерферометрии и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01N9/02 

Изобретение относится к применению голографии в измерительной технике.

Известен способ голо-графической интерферометрии, основанный на регистрации эталонной (без объекта) и объектной голограмм и последующим восстановлением + n-ых порядков дифракции. Данный способ широко используется для восстановления безаберрационного волнового фронта или перезаписи голограмм. Для осуществления способов используется устройство для изучения волнового фронта, со- держащее осветительную часть, включающую источник света, конденсорную систему и эталонную голограмму, оптическую систему фильтрации, включающую оборачивающую систему и фильтр пространственных частот, приемную часть.

включающую объектную голограмму, объективы, фильтрующую диафрагму и регистратор, причем эталонная голограмма и объектная оптически сопряжены.

Недостатками известных технических решений является то, что пучки, восстановленные с эталонной голограммы в комплексно-сопряженных порядках дифракции, проходят оборачивающую систему по различным путям. Если имеются аберрации элементов оборачивающей системы то при получении интерференционной картины последняя искажена аберрациями, что снижает точность измерений.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

vj 00 00

СЛ :Ю

На чертеже изображена оптическая схема устройства для реализации способа голографической интерферометрии.

Устройство содержит осветительную часть, включающую источник света 1, систему линз 2,3с диафрагмой 4, представляющих конденсорную систему, и эталонную голограмму 5, оптическую систему фильтрации, включающую оборачивающую систему (объективы б, 7) с увеличением 1 крат и фильтр пространственных частот 8 с двумя отверстиями, а также плоское зеркало 9, плоскость которого оптически сопряжена объективами 6,7 с голограммой 5, а нормаль к поверхности зеркала совпадает с оптической осью устройства. Приемная часть устройства выведена с оптической оси с помощью светоделителя 10 и содержит объектную голограмму 11, объективы 12, 13 и диаграмму 14 для выделения дифрагированной волны и оптического сопряжения регистратора 15 с голограммами 5, 11.

Способ голографической интерферометрии реализуется в устройстве следую- щим образом. С помощью света 1 и конденсорной системы 2, 4, 3 формируют коллимированный пучок света и освещают эталонную голограмму 5. Амплитудное пропускание эталонной голограммы имеет вид

+cos(27tv0x ),(1) где 10 - несущая частота полос; р0 - изменение фазы, вызванное аберрациями системы регистрации голограммы. В + п-х порядках дифракции восстанавливают комплексно-сопряженные волны с комплексными амплитудами

( nx + n )

(-2 Jtv0 nx - n p0 ) (2) Системой оптической фильтрации выде- ляют волны с амплитудами А0 и . Обозначим через тр У- , и V- V-4 изменения фазы волны, вызванные аберрациями, при прохождении ими оборачивающей системы, т.е. объективов 6 и 7 (см. чертеж). В плоскости зеркала 9 комплексные амплитуды волн имеют вид

AI . (2я1 0 nx + n po + V- ., + VV i

А Л (-2jri 0 nx-n -+ т/; + /;)(3) Так как зеркало 9 оптически сопряжено с голограммами 5 и 11, а нормаль к отражающей поверхности совпадает с оптической осью устройства, то, отразившись от зеркала 9, волна A i, пройдет оборачивающую систему точно по пути, прошедшем волной А 1 Соответственно волна отразится от зеркала 9 и пройдет оборачивающую систему точно по пути, прошедшем волной AL При

5 10 15 0

5 0

5

0 5

0

этом искажения фаз, вызванные аберрациями оборачивающей системы, для волн приобретут одинаковые значения, и в плоскости объектной голограммы 11 комплексные амплитуды волн будут описываться выражениями

А2-.( +V;1 +V + V-5 + Й

(-2jrv0 nx- r(p0 + $з +V-S +V- 0

(il

Амплитудное пропускание объектной голограммы имеет вид:

Г0 ;1 + C0s(2jri 0 + р0 + Ко)(5)

где ЕО - фазовые искажения, вызванные прохождением волны через исследуемый объект. При освещении голограммы с амплитудным пропусканием г0 волнами с комплексными амплитудами, описываемыми выражениями (4), по нормали к объектной голограмме в + n-х порядках восстановятся волны с комплексными амплитудами

В ех р i (пк0 -И/,ч + V-2 + V3 + / 1 )1 В . - (-nЈ0 + /Я + /- 4 + V-5 + V- i )1 (6) Оптической системой 12, 13 и диафрагмой 14 выделяют волны (6), и в плоскости регистратора наблюдают их интерференцию с распределением интенсивности

I 1 + cos(2n ЕО )(7) Как видно из выражения (7), в результирующей интерференционной картине аберрации оборачивающей системы исключены полностью.

Для реализации способа накопления чувствительности при перезаписи голограмм вместо голограммы 11 устанавливают фотопластинку, и регистрируют вторичную голограмму, например, эталонную при интерференции волн с комплексными амплитудами А2 и А 2 (см. выражение (4)). Амплитудное пропускание вторичной голограммы имеет вид

Т2---1 + jiv0 nx t- 2n + . (9) Как видно из выражений (8), (9), аберрации оборачивающей системы исключены полностью. Исключение аберраций оборачивающей системы уменьшает величину остаточных аберраций на конечных интерференционных картинах и тем самым способствует поставленной цели - повышение точности измерений.

Формула изобретения 1. Способ топографической интерферометрии, заключающийся в том, что регистрируют эталонную и объектную голограммы, восстанавливают с эталонной голограммы комплексно сопряженные волны в + n порядках дифракции посредством фильтрации и прохождения их через оборачивающую систему, компенсации аберрации фазовых искажений, вносимых оборачивающей системой, путем двойного прохождения дифрагированных пучков че- рез эту систему по одному пути, и направле- ний комплексно-сопряженных волн на объектную голограмму, отличающий- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, при повторном прохождении дифра- тированных пучков через оборачивающую систему дифрагированный пучок в +п порядок дифракции направляют по пути пучка дифрагированного в -п порядок, а пучок, дифрагированный в -п порядок, направляют по пути пучка, дифрагированного в +п порядок.

2. Устройство для регистрации гологра- фических интерферограмм, содержащее последовательно соединенные осветительную часть, включающую источник света, конденсорную систему и эталонную голограмму, оптическую систему фильтрации, включающую оборачивающую систему и фильтр пространственных частот, приемную часть, включающую объектную голограмму, объективы, фильтрующую диаграммуи регистратор, причем эталонная и объектная голограммы оптически сопряжены, о т л и чающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в оптическую систему фильтрации на выходе оборачивающей системы введено плоское зеркало, плоскость которого оптически сопряжена с эталонной и объектной голограммы, а нормаль к поверхности зеркала совпадает с оптической осью устройства, за эталонной голограммой установлен светоделитель, оптически связывающий оптическую систему фильтрации и приемную часть.

Сущность изобретения: устройство содержит последовательно установленные источник света, конденсорную систему, эталонную голограмму, светоделитель, оптическую систему фильтрации, включающую оборачивающую систему, фильтр пространственных частот и плоское зеркало, плоскость которого оптически сопряжена с эталонной и объектной голограммами, а нормаль к поверхности зеркала совпадает с оптической осью устройства, приемную часть, включающую объектную голограмму, объективы, фильтрующую диаграмму и регистратор, приемная часть оптически связана с оптической системой фильтрации с помощью светоделителя. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. со С