Классические интерферометры изготавливались для решения конкретной задачи
и почти не подлежали переналадке. В отличие от них голографические интерферометры
почти универсальны - одна и та же схема может использоваться для работы
с абсолютно разными объектами. Тем не менее, некоторая классификация существует
и здесь.
При большом разнообразии вариантов оптических схем голографических интерферометров
(ГИ) для фазовых объектов все они сводятся к двум основным: с диффузным
и с коллимированным рабочим пучком. Каждая из этих схем имеет свои особенности
и применяется в зависимости от поставленной задачи.
Диффузный рабочий пучок (рис.1a) позволяет наблюдать интерференционную
картину на объекте не вооруженным глазом на освещенном фоне. В этом случае
в пределах апертуры голограммы можно выделить как бы несколько направлений
просвечивания и увидеть соответствующие изменения
в интерференционной картине. При этом каждая часть голограммы будет
нести информацию о каждой точке объекта и небольшой кусочек пластинки будет
восстанавливать весь объект целиком.
 |
| Рис. 1a. Голографический интерферометр для фазовых объектов с диффузным рабочим пучком. Здесь BS - светоделитель, M1-M3 - глухие зеркала, L1 и L2 - короткофокусные линзы, D - прозрачный рассеиватель, H - голограмма. |
Такая схема одинакова хороша и для симметричных и для не симметричных объектов,
поскольку позволяет при пересъемке выделить несколько направлений просвечивания
под разными углами. Из-за использования рассеивателя в этом случае на восстановленное
изображение накладывается спекл-шум, параметры которого обусловлены не
только свойствами лазерного излучения, но и характеристиками рассеивателя,
и регулировке не поддается. Кроме того, использование рассеивателя заставляет
направлять в рабочий пучок значительно большую, чем в опорный, часть энергии
лазерного пучка.
На рис.1b и рис.1c показаны два снимка, сделанных с одной голограммы
под разными углами. ГИ был настроен на бесконечно широкую полосу.
 |
| Рис. 1b. |
 |
| Рис. 1c. |
Коллимированный рабочий пучок (рис.2) выделяет четко фиксированное направление,
которое изменить уже нельзя. В этом случае не вооруженным глазом изображение
наблюдается на фоне яркой светящейся точки. Нормальное изображение можно
увидеть только через объектив, например, фотоаппарата.
 |
| Рис. 2. Голографический интерферометр для фазовых объектов с плоским рабочим пучком. Здесь BS - светоделитель, M1-M3 - глухие зеркала, L - короткофокусная линза, C - коллиматор, H - голограмма. |
Размывающий интерференционные полосы спекл-шум при такой схеме съемки значительно
меньше, чем при работе с диффузным рабочим пучком. Этот способ съемки удобен
для осесимметричных, плоских или однородных по направлению просвечивания
объектов. Энергии в рабочем пучке он требует также меньше, чем схема с
рис.1a.
Если объединить схемы с рис.1a и рис.2, то можно получить и заданное
заранее направление зондирования и удобство наблюдения картины не вооруженным
глазом на фоне освещенного рассеивателя. Эта схема приведена на Рис.3a.
 |
| Рис. 3a. Голографический интерферометр для фазовых объектов с плоским рабочим пучком и объектом, спроецированным на прозрачный рассеиватель. Здесь BS - светоделитель, M1- M4 - глухие зеркала, D - прозрачный рассеиватель, C - коллиматор, L1 - объектив, L2 - короткофокусная линза, H - голограмма. |
Подобная схема регистрации голографических интерферограмм позволяет спроецировать
нужное сечение объекта на плоскость рассеивателя. Это улучшает привязку
интерференционных полос к объекту и делает более удобной дальнейшую расшифровку
полученной картины.
Объектив в схеме с рис.3a можно не использовать, но тогда объект должен
располагаться вплотную к рассеивателю.
На рис.3b и рис.3c показаны две интерферограммы однотипных объектов,
полученные при разных настройках интерферометра.
 |
| Рис. 3b. Настройка на бесконечно широкую полосу |
 |
| Рис. 3c Настройка на полосы конечной ширины |
Существуют и другие варианты оптических схем для голографической интерферометрии
фазовых объектов. Все их модификации определяются спецификой конкретного
объекта исследования.
Примечание
В случае работы с полосами конечной ширины все схемы могут содержать
дополнительные оптические элементы, регулирующие настройку системы опорных
полос.
Несколько в стороне от описанных схем стоят ГИ, построенные по схеме голограмм
сфокусированного изображения (ГСИ). Они также могут применяться и с рассеивателями
и без оных. Но применение рассеивателя в данном случае не целесообразно.
Дело в том, что интерферограммы, снятые по схеме ГСИ (Рис.4a) удобно
восстанавливать в белом свете. Спекл-структура, зависящая только от свойств
лазерного излучения и объектива, усредняется. В результате отдельных спеклов
не видно и контраст интерференционных полос несколько повышается. Если
же использовать рассеиватель, то на уже имеющееся спекл-поле накладывается
дополнительное поле, сгенерированное рассеивателем. Ситуация ухудшается,
особенно при малых размерах неоднородности.
 |
| Рис. 4a. Голографический интерферометр для фазовых объектов по схеме голограмм
сфокусированного изображения. Здесь BS - светоделитель, M1- M4 - глухие зеркала, C1, C2 - коллиматоры, L - объектив, H - голограмма. |
Какой пучок (расходящийся или плоский) использовать в качестве опорного - зависит от требований эксперимента и имеющихся оптических элементов.
ГИ по схеме ГСИ позволяют исследовать тонкую структуру
интерференционных
полос, включая пересъемку через микроскоп. Для примера на рис.4b показана
интерферограмма, а на рис.4c - ее увеличенный фрагмент.
 |
| Рис. 4b. |
 |
| Рис. 4c. |
Об уникальные свойствах и возможностях голографической интерферометрии
уже упоминалось неоднократно. Голографические интерферограммы с рис.4b
и рис.5a, 5b наглядно это демонстрируют. Все три интерферограммы, полученные
по разным оптическим схемам, зафиксировали возмущения, инициированные электрическим
разрядом внутри твердого диэлектрика.
 |
| Рис. 5a. |
 |
| Рис. 5b. |
Классическая интерферометрия в таких случаях абсолютно бессильна.
Все приведенные здесь схемы являются принципиальными.
При построении реальных схем следует учитывать тип светоделителя и размеры
зоны регистрации. В результате может получиться, что лазер придется расположить
иначе, чем на этих схемах. Специфика расположения объекта исследования
также может потребовать полного изменения расположения оптических элементов
схем.
Для достижения максимального контраста интерференционной
картины плоскости поляризации обоих лазерных пучков должны быть перпендикулярны
плоскости их схождения или пучки должны иметь круговую поляризацию.
С этой же целью нормаль к плоскости пластинки должна совпадать с биссектрисой
угла схождения рабочего и опорного пучков.
Не смотря на большую длину когерентности современных
лазеров разность хода между опорным и рабочим пучками следует сводить к
минимуму.
В настоящее время голографическая интерферометрия уже стала неотъемлимым
и надежным инструментом не только в научных исследованиях. Уникальные возможности
этого метода используются для контроля качества изделий в турбиностроении,
при производстве автомобильных шин, при проектировании плотин и несущих
конструкций мостов и зданий, для корректировки процесса роста кристаллов
и во многих других случаях. Благодаря уникальным возможностям метода стал
доступен для оптических измерений и широкий класс диффузно отражающих объектов.
Область применения голографической интерферометрии постоянно расширяется.
На основе заложенных в ней принципов получил развитие новый измерительный
метод - спекл-интерферометрия. Появляются новые регистрирующие среды, мощные
и в то же время миниатюрные лазеры. Для голографической интерферометрии
находятся новые сферы применения. Прогресс продолжается и последнее слово
в этой области еще не сказано. Все еще впереди.
Назад
Написать комментарий
|
