(54) ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТРЕХМЕРНОГО ФАЗОВОГО ОБЪЕКТА Изобретение относится к оптически измерениям на основе голографической интерферометрии в реальном масштабе времени и предназначено для исследов ний динамических, т.е. изменяюидахся, во времени, прозрачных объектов, например плазменных струй, ударных волн, газовых потоков и т.д. В настоящее время существует проблема реализации трехмерного контрол таких объектов с предельно высокой разрешающей способностью с помощью голографических способов. Известен способ голографического контроля трехмерного фазового объект в реагином масштабе времени с рассеи вателем l| ., осуществляющийся путем освещения светочувствительной среды посредством рассеивания, затем освещения обработанной светочувствительной среда и объекта посредством рассеивателя, регистрации динамической интерференционной картины, образован ной восстановленной и искаженной в данный момент объектом волнами, и расшифровки интерференционной картины по сдвигу полое конечной ширины с помощью точечной диафрагмы либо объектива с малой апертурой. Недостатки указанного способа - во-первых, низкая разрешающая способность, так как возникают оптические помехи в виде пятнистой структуры,. во-вторых, необходимость в специальных схемах восстановления, Ближайшим техническим решением является способ голографического контроля трехмерного фазового объекта в реальном масштабе времени без рассеивателя, осуществляклцийся путем освещения светочувствительной среды волнами от двух источников, обработки светочувствительной среды, установки ее на прежнее место, установки объекта на пути одной из волн и расшифровки интерференционной картины 2. Недостатком указанного способа является невозможность трехмерного контроля динамического неоднородного неосесимметричного фазового объекта. Цель изобретения - обеспечение возможности трехмерного контроля динамического неоднородного неосесимметричного фазового объекта в реальном масштабе времени при одновременномповышении разрешающей способности. Поставленная цель достигается тем, что при контроле трехмерного фазового объекта интерферометрическим способом путем нелинейной голографической записи на светочувствительную среду, восстановления интерферограммы волнами от двух источников сферических волн и расшифровки интерферограммы выбирают расстояния от источников до - плоскости светочувствительной среды в отношении Is2, устанавливают обработанную светочувствительную среду в положение записи, изменяют оптическую длину пути одной из волн, устанавливают объект на пути указанной волны, регистрируют интерферограмму в направ лении плюспервого дифраюдионного порядка; при этом расшифровку интерферограммы осуществляют по сдвигу колец Ньютона. На фиг, 1 показана схема реализаци предлагаемого способа: лазер 1, свето делитель 2, зеркала J, ч, линзы , о динамический трехмерный фазовый объект УЗ плоскопараллельная пластинка 8 светочувствительная среда 9,штрихпунктирная линия мм -нормаль., к поверх ности светочувствительной среды, источники сферических волн Si и S со здаваемых линзами 5 и 6 соответствен но. Контроль трехмерного фазового объ екта по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Дпя освещения светочувствительной среды используют источники сферических волн, формируемых, например, лин зами 5 и 6, расстояния S,M Е, и SjM t- от которых до плоскости све точувствительной среды 9 отличаются примерно в два раза: EI (1,98-2,02)j, т,ео с точностью ±1%, как показывает эксперимент, достаточной. Далее изменяют интенсивность освещения, например, регулируя мощность из лучения лазера 1, до достижения нелинейного режима голографической записи, которому соответствует работа в области передержек кривой почернеия светочувствительной среды. В этом случае экспозиция Е Х- М,(1) где X - коэффициент пропорциональности, I - интенсивность света на поверхности светочувствительной среды: 1.л, А,)Ь (2) А, и AJ - амплитуды сферических волн на поверхности светочувствительной среды, направления распространения которых с нормалью к плоскости среды составляют соответственно LS,MM в , и LSjMM k - волновое число; i - мнимая единица; (х, у) - плоскость светочувствительной среды, причем для упрощения рассматривается одномерная запись, когда координата X лежит в плоскости рисунка перпендикулярно ММ ; Т- - время экспозиции выбирается настолько большим, чтобы после обработки светочувствительной среды коэффициент ее пропускания по амплитуде можно было представить в форме степенного полинома относительно величины экспо зиции: t Со+ С,Е + С; членом с E Здесь GO, С, и Сг - постоянные коэффициенты, характеризующие форму кривой почернения . Затем проводят обработку светочувствительной среды и установку ее на прежнее место. После этого изменяют нее местоположение и ориентацию с тем, чтобы компенсировать неточность Д. в выборе расстояний от источников сферических волн до светочувствительной среды при записи: R, 2fi -Д Расчет показывает, что при смещении обработанной светочувствительной среды относительно ее положения при записи на величину в -2-4-2f,/(,-A) (4) восстановленное эа нею поле 1-. t содержит среди других следующие две компоненты: во-первых, плоскую волну сравнения ,гч-2С л1:() (3) во-вторых, плоскую волну, обусловленную нелинейным режимом голографической записи, которая распространяется В том же направлении, что и плоская волна сравнения: и -л .,,i (. f(.2-&in& + sinQz} .. -иепин.--г 1- А, АЗ. f5 Другие расходящиеся или сходящиеся пространственно-ограниченные световые пучки идут в направлениях, отличающихся от направления распространения волн (5) и (6), поэтому не создают оптических помех. Результат интерференции плоских волн (5) и (6) представляет собой интерференционную полосу бесконечной ширины, поэтому местоположение и ориентацию обработан ной светочувствительной среды 9 изменяют до достижения условий (4), о котором легко судить по получению равномерно освещенного поля зрения за средой 9. После этого изменяют оптическую среду одной из волн, например, за счет внесения плоскопараллельной плас тинки 8 толщиной d с показателем прелом ления п на пути волны от источника света St.Чтобы определить в этом случае све- товое поле за светочувствительной средой, надо рассчитать на основе (3 (l) и (2) произведение It, замени в (2) величину 2Е на 2Ег +2L, где L d(n-l) - изменение оптической длины пути. Из расчета следует, что восстановленное световое поле попрежнему содержит плоскую волну сравнения (5). Кроме того, среди других компонент имеется волна с малой угловой расходимостью, определяемой изменением оптической длины пути волны от источника Sj, распространяющаяся в том же направлении, что и плоская волна сравнения: 1/ г 1 нелин. -i L AjSX ...pacx. . KL«i seaCtjfUy(7) xe Другие световые пучки идут в направлениях, отличающихся от направления волн (5) и (7), поэтому не создают оптических помех. Результат интерференции волн (5) и (7)представляет собой совокупность двух членов: .f П,+Г, Ьйелин 2e,(e,L) pacx. гдеГо ,эег+2С2ге гЧА ) + CI Г, C2aeiT4C,,(, Аргумент косинуса в )8) описывает интерференционные кольца, или кольца .36 ьютона, координаты максимумон кото ых равны с. ) оординаты минимумов /и 7ТоГМ Ь) J где N - номер (порядок интерференции колец (N О,1,2,...). I Из (9) и фиг. 2 нетрудно видеть,что ширина колец Ньютона, т.е. разность (ЛЧ-Л) М1-1маке NMBKC тем меньше, чем больше изменение оп,тической длины пути L одной из волн. Предельным значением Ш1фины периферийного кольца Ньютона, очевидно, является размер зерна светочувствитель ной Среды обусловливающий максимально достижимую разрешающую способность голографического способа. Поэтому оптическую длину пути одной из волн изменяют до получения минимальной ширины периферийного кольца. Если масштаб неоднородностей фазового объбк-, та велик, то добиваться минимальной ширины периферийного кольца нет необходимости . Далее производят установку фазового объекта на пути одной из волн, например, от источника S. Согласно (|) , (2) и (3) , световое поле за обработанной светочувствительной средой имеет вид: .... WnlA.r - . A e-isiTTT: 2- si ®г -i ) ; где cp(x,t) - искажение фазы волны динамическим неоднородным объектом. . После подстановки (21 в (Ю) восстановленное за светочувствительной средой поле по-пражнему содержит плоскую волну сравнения (.5 . Кроме того, восстанавливается волна с малой угловой расходимостью, несущая информахщю о фазовом объекте, которая распространяется в том же направлении, что и волна сравне шя: iKxC2sin0i-t- 5in0) иоб С,егт;гдгд .) X е ТТёгГТг - е Другие расходящиеся и сходящиеся пространственно-ограниченные световые пучки идут в направлениях, отличающихся от направления распространения волн (5) и 00, и поэтому не создают оптических помех. Результат интерференции волн (5) и (l l) представляет собой динамическую интерференционную картину r(,t) () Нетрудно видеть, что , I где второй член в аргументе косинуса описывает сдвиг колец Ньютона в направлении эГ за счет испытанного световой сферической волной искажения . фазы при распространении через объект - ср. с (8), Поэтому расшифровку интерференционной картины осуществляют по сдвигу йолец Ньютона. Так как на практике через фазовый объект распространяется сферическая волна то .голограмма имеет двумерную структуру, т.е.: Г(х,.2)Г.Г,(. Расшифровка интерференционной кар тины в трехмерной конической системе координат раскрывает зависимость вел чины Г от третьей координаты Z . Таким- образом, предложенный сЯособ голографического контроля трехмерного фазового объекта в реальном масштабе времени решает актуальную в настоящее время задачу: позволяет осуществить трехмерньй контроль дина мического неоднородного неосесимметричного фазового объекта при повышении разрешающей способности до предельного значения с. помощью простых голографических устройств. Формула изобретения Интерферометрический способ контроля трехмерного фазового объекта путем нелинейной голографической записи на светочувствительную среду, восстановления ИНТерферограммы волнами от двух источников сферических волн и расшифровки интенферограммы, о тличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности трехмерного контроля динамического неоднородного неосесимметричного фазового объекта в реальном масштабе времени при одновременном повышении разрешающей способности, выбирают расстояния от источников до плоскости светочувствительной среды в отношении 1:2, устанавливают обработанную светочувствительную среду в положение записи, изменяют оптическую длину,пути одной из волн, устанавливают объект на пути указанной волны, регистрируют интерферограмму в направлении плюс первого дифракционного порядка, при зтом расшифровку интерферограммы осуществляют по сдвигу колец Ньютона. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Островский Ю.И. и др. Голографическая интерферометрия, М., Наука, 1977, с. 161-162. 2.Там же, -г 221-224 (прототип).
