Устройство для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объекта Советский патент 1980 года по МПК G01B9/21 G03H1/16 

37 линзу и фотодетектор. Для восстановления объемного показателя преломления фазовьгх нестационарных объектов используется преобразование Ра,цона. Время измерения определяется систе мой обработки в ЭВМ f2, Недостатком известного устройства является использование сложной многоракурсной схемы просвечивания. Цель изобретения - упрощение устройства и обеспечение измерений в реальном масштабе времени за счет опт ческой обработки световых сигналов. Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объекта, содержащем источник когерентного излучения, предметный канал, включающий блок многоракурсного освещения объекта, опорный канал, регистратор голограммы, причем оптические оси предметного и опорного каналов пересекаются в плоскости регистратора голограммы, блок восстановления изображения, содержащем последовательно расположенные Фурье-преобразующую линзу и фотодетектор, блок многоракурсного освещения объекта выполнен в виде элемента одномерного преобразования и блока поворота излучения, расположенных последовательно, а регистратор голограммы выполнен оперативньм. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, системы формирова1гая опорного 2 и предметного 3 пучков. В предметном канале по код излучения расположены исследуемый объект 4, оптический элемент 5 одномерного преобразования Фурье, выполненный в виде цилиндрической линзы, блок 6 поворота излучения, в качестве которого может быть использована например, призма Дове, регистратор 7 голограммы (например ПМС), блок вос ставновления голограммы, содержащий оптический элемент 8 двумерного преобразования Фурье,представляющий собой сферическую линзу и регистратор вьтолненный, например, в виде набора фотодетекторов. Эти элементы располо жены таким образом, что расстояния от цилиндрической линзы 5 до объекта 4 р ПМС 7 равны фокусному расстоянию 9 f, этой линзы, а расстояния от сферической линзы 8 до ПМС 7 и регистратора 9 равны фокусному расстоянию frj линзы 8. Устройство содержит блок 10 поворота исследуемого объекта 4, механически связанного с поворотной призмой Дове 6. Устройство работает следующим образом. Световое излучение от лазера 1, попав на светоделительную пластину, разделяется на две части, одна дз которых проходит систему формирова- . ния опорного пучка 2 и попадает на регистратор 7, другая часть проходит систему формирования предметного пучка 3 и падает на исследуемый объект 4, который описывается пространственным распределением коэффициента поглощения света (X.ViZ) или показателя преломления И(Х,Д) Декартова ма координат связанная с исследуемым объектом 4, ориентирована таким образом, что осв 2 перпендикуляр-; на, а ось X составляет угол j3 с направлением просвечивания,т.е.с оптической осью предметного пучка.После прохождения амплитудного объекта изменение амплитуды плоского предметндго пучка в направлении оси р,образующей угол 4 + it/2 с осью X и лежащей в сечении в линейном приближе- : НИИ пропорционально функции (p,v)fJ|-(x,V,2:,|)d(.cos P-v|&in4) где f(,i/,Z.j)Ao06(X,V,Zj); Ар- начальная амплитуда плоского предметного пучка; С(р-Х..&(ПЧ)-сСг функция. Если исследуемьй объект 4 является фазовым, то плоский предметный пучок, пройдя черезнего, имеет фадовый множитель .j(p,4)J. Функция P.j(p,V) определена так же, как в выражении(l), где f(X,iJ,Z)-||-n(x,V,Zj)) д, - длина волны используемого излучения. При малых фазовых изменениях ,j(p,V).Pj(p,M;). Цилиндрическая линза 5, образующие которой параллельны оси 2 , выполняет над падающим на нее излучением одномерное преобразование Фурь по координате р, которое связано двумерным преобразованием Фурье иск мой функции (У 1,1:} следующим образом К)ТфА(Р,н) f/ff()j,Nj,i-)e cr(pX.)dxdvjdp Меняя порядок интегрирования и используя известное свойство (л функции из (2) получаем : 5a(u,W7f(x,i,,zj) Fj- (ЫСОбЧ, tOSinvp)

где fjH,Wsi)-jTf(,V,

-o U)x UJC064; oJvj aJ&inHJ; т.е. (W.4)::F.(uJ,,LJ), - () где. ujy -tgvt;.cUy Таким образом, из (3) и (4) следует, одномерное преобразование Фурье (W,V) при фиксированном угле V - двумерное преобразование Фурье искомой функции f () взятое на прямой . Пройдя призму Дове 6, падающее на нее излучение поворачивается вокруг оптической оси предметного пучка на угол Ч , Таким образом, на фототермопластике 7, расположенном , в задней фокальной плоскости (Ы )bJv( цилиндрической линзы 5, где ось U) параллельна оси Z , голографически записывают расположенный под углом Ф к осииОу одномерный Фурье-спектр ф (и),чр) ли cf(uJ)f-1 $.; (U),MJ) при исследовании, соответсвенно, амплитудного или фазового объекта. При дальнейшем синхронном поворот с помощью блока 10 исследуемого объе та 4 воркуг оси Z и поворотной., призмы 6 вокруг оптической оси предметного пучка на 180 на ПМС 7 сргла но (3)и( 4) произойдет заполнение всей частотной плоскости (Ы U)u) значениями Фурье-спектра FJ (.tOy ПМС, в качестве которого может быть

f(M.X;)1/f,K,u,,,

-j J Й

-co использован фототермопластик, должен иметь узкую частотную передаточную характеристику, расположенную в высо кочастотной области, для обеспечения возможности записи одномерного Фурьеспектра с широким опорным пучком,При исследовании фазовых объектов можно использовать в частотной плоскости (и))режекторный фильтр для устранения нулевой частотной составляющей сЯ(и)). Осветив полученный двумертай Фурье-спектр опорным пучком сформи- рованным блоком 2, в направлении оптической оси предметного пучка восстанавливают световое поле, пропорциональное в плоскости (() функции Р(,Ц)),Сферическая линза 8 вьшолняет обратное преобразование Фурье |И создает в плоскости регистратора 9 световую картину, амплитудное распределение которой пропорционально значениям искомой функции (Х|М,1;)в сечении odbgKTa Z-Z J . Таким образом, предлагаемое /с ройство обеспечивает возможность измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объектов в реаль.ном времени при упрощении его. Время измерения в основном определяется временем поворота исследуемого объекта и призмы Дове, при котором происходит запись двумерного спектра F: (Ых,СОу|) на ПМС. Формула изобретения Устройство для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объектов, содержащее источник когерентного излучения, предметный канал, включающий блок многоракурсного освещения объекта, опорный канал, регистратор голограммы, причем оптические оси предметного и опорного каналов пересекаются в плоскости регистратора голограммы, блок восстановления голограммы, содержащий последовательно расположенные Фурье-преобразующую линзу и фотоетектор, отличающеес.я тем, 4TOj с целью упрощения устройства и измерений в реальном,масштабе времени, блок многоракурсного освеще ния объекта выполнен в виде элемента одномерного преобразования Фурье, блока поворота излучения,расположенных последовательно, а регистратор голограммы выполнен оперативным Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Голография. Методы и аппаратура. Под ред. В. М. Гинзбург и Б.М. 7 98 Степанова. М., Советское радисГ, 1974, с. 212. 2, Кузнецова Е. А. Голографические методы исследования системы с широким полем зрения для изучения параметров нестационарных физических процессов. Дис. на соиск. учен, степени канд. физ.-мат. наук, М., ВНИИОФИ, гл. 2 и 3 (прототип).