Голографический интерферометр Советский патент 1979 года по МПК G01B9/21 

На чертеже изображена принципиальная оптическая схема голограсрического интерферометра.

UH состоит из источника 1 когерентного излучения (лазера, коллиматора i, светоделительной пластины 6, разделяющей пучок на две части 6 ( и 5 (и/2), плоского зеркала 4:, диффузного рассеивателя Ь, рабочей зоны о, голограммы 7, ооъектнва Ь, фoтoгpaqJичecкoи системы У, включающей в сеоя ооьектив iU, диафрагл1у ii, линзу 12 и фоторегистратор 15, усгановленных по ходу пучка vi, зеркал 14, 15 и отрицательной линзы ib, установленных по ходу пучка li/2.

Предлагаемый голографический интерферометр работает следующим ооразом. догерентное излучение лазера 1 коллимируется посредством оптической системы 2. Коллимированный пучок с помощью саетоделительной пластины 6 делится па две части 3i и 32. Пучок выполпяет функции сигнального пучка. С помощью зеркала 4 этот пучок направляется на дифqJyзный рассеиватель Ь. Рассеянный пучок просвечивает рабочую зону б и падает па голограмму 7.

Пучок ч используется в качестве опорного пучка. Зеркалами 14 и 15 опорный пучок направляется на отрицательную линзу 16. На выходе линзы ib формируется расходящийся пучок, освещающий голо1-рамму под некоторым углом а относительно нормали к ее поверхности.

Голограмму регистрируют по методу двух экспозиций. При первой экспозиции в раоочей зоне б присутствует исследуемый объект. Перед второй экспозицией голограмму 7 смещают в собственной плоскости вдоль одной из координатных осей, папример А, на величину ,. Вторую экспозицию проводят в отсутствии объекта.

После соответствующей фотообработки, голограмму устанавливают па прежнее место и освещают пучком ч. Голограмма реконструирует две совокупности точечных источников света, расположенных в нлоскости диффузного рассеивается, смещенных друг относительно друга на величину А.

Световые лучи, исходящие от соответствующих точек, например А и Л , изображеппй рассеивателя 5, попадают па объектив 8, установленный перед фотографической системой 9. Лучи, распрострапяющиеся параллельно оптической оси системы, соберутся в задней фокальной точке 5 объектива 8. Посредством перемещения объектива 8 (точки S) относительно передней фокальной точки фотографической системы 9 можно создавать различные условия интерференции между соответствующими лучами в плоскости наблюдения 13. Исходя из положений геометрической оптики, можно получить аналитическое выражение, определяющее в каждом фиксированном положении объектива 8 расстояние а от его фокальной плоскости до фотографической системы 9 (объектива lUj. Это выражение нмеет вид:

- , - ,

е Д

где л - длина волны излучения, /1и/2 - фокусиые расстояния объектива и фотографической системы, соответственно,

Д - смещение голограммы в собственной плоскости вдоль координатных осей X или У,

е - щирина интерференционных

полос настройки. Из формулы следует, что если

/./1-/2/е-.Д-0.

Это отношение равно нулю в том случае, если е 00 ,е - л/р (2), где р - угол между интерферирующими лучами. Ширина полосы равна оесконечности , когда

р и. При условии а -/2 из фотографической системы У выходят соответствующие Л}чи под нулевым углом интерференции |з 0. Б плоскости экрана 13 при этом наолюдаегся равномерно освещенное поле,

соответствующее настройке интерферометра на оесконечно пинрокзЮ полосу.

В случае, если объектив 8 установлен от фотографической системы 9 на расстоянии а С /2, то на выходе системы соответствующпс Л}чи пересекутся за задней фокальной точкой системы под некоторым углом . При этом в плоскости наблюдения i3 образуются интерференционные полосы конечной ширины (е const). С уменьшением величины а уменьшается угол р между интерферирующими лучами. Согласно (2J уменьшение ;(i приводит к увеличению щирины интерференционных полос. Следовательно, путем последовательного перемещения объектива 8 вдоль оптической оси системы можно изменять настройку голографического интерферометра и ширину конечных полос. С другой стороны, в различных фиксированных положениях объектив 8 преобразует световые лучи, исходящие от соответствующих источииков К и А , определенным образом. Если объектив 8 установлен так, что точка 5 находится между передней фокальной точкой и главной плоскостью объектива 10 (), то в интерферометре достигается изменение знака фазы (угла) интерферирующих лучей. Последнее означает, что изображения источников А и А

находятся в противофазе относительно своего исходного положения на рассеивателе 5. Изменение знака фазы (угла) интерферирующих лучей приводит к образованию иитерферограмм знакопеременной настройки относительно градиента оптической неоднородности, в случае, когда объектив 8 установлен относительно фотографической системы 9 на расстоянии с /а, не происходит изменения знака фазы соответствующих лучей. Интерферограмма, регистрируемая при этом условии, характеризует исходную настройку интерферометра, определяемую направлением и величиной смещения голограммы между экспозициями.

Таким образом, предлагаемый голографический интерферометр позволяет с одной голограммы получать интерференционные картины, соответствующие настройке на бесконечную широкую полосу, и полосы конечной ширины различной ширины и переменного знака фазы (угла) интерферирующих лучей. Благодаря такой универсальности предлагаемого интерферометра существенно увеличивается диапазон настройки интерферометра в одном эксперименте и повышается точность интерференционных измерений.

Формула изобретения

Голографический интерферометр, содержащий источник когерентного излучения, коллиматор, светоделитель и систему зеркал, формирующих опорный и сигнальные пучки, рассенватель, голограмму, установленную с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, и фотографическую систему, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона настройки интерферометра в одном эксперименте и повышения точности интерференционных измерений, перед фотографической системой установлен объектив с возможностью его перемещения вдоль оптической оси, причем в каждом фиксированном положении расстояние а от его фокальной плоскости до фотографической системы определяется выражением

, А./;-л

a - f,--,

е-Д

гдеЛ-длина волны излучения,

/i и /2 - фокусные расстояния объектива и фотографической системы, соответственно, А - смещение голограммы в собственной плоскости вдоль координатных осей X или Y, е - ширина интерференционных

полос настройки. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Кольер Р. и др.. Оптическая голография, М., «Мир, 1973, с. 477.

2.Matulka Р. D., Collins D. I. Determination of treedimensional densijti fields from

holographic interferograms. J, «Appl. Phys., 1971, 42, №3, 1109-1119.