Голографический интерферометр

Cтраница 3

В настоящее время для исследования вибропрочности элементов конструкций широко используют методы голографи-ческой интерферометрии с усреднением во времени, позволяющей точно определить положение узловых линий на интерферограмме, полученной с помощью непрерывного излучения лазера. Этот метод требует стабилизации оптической схемы голографического интерферометра и ограничивает амплитуду колебаний объекта величиной 2 - 3 мкм, а значит, возможность исследования в реальных условиях работы. Кроме того, при увеличении размеров объекта, например до 1 5 - 2 м, возникают трудности, связанные с ограничением мощности лазера непрерывного действия. [31]

Там, где можно использовать классические интерферометры, голо-графические интерферометры могут решать те же задачи при апертурах гораздо больших, чем те, которые может обеспечить доступная по цене высококачественная оптика. В случае случайных и диффузных волновых фронтов голографические интерферометры могут работать при таких условиях, когда другие методы вообще не способны дать полезную информацию. Голография добавляет четвертое измерение ( время) ко всей интерферометрии с методами одной и многократных экспозиций, которые доступны гологра-фисту. Наконец, многогранность и относительная простота голо-графического метода дает в руки любому, кому доступен лазер, очень мощный и тонкий инструмент измерения любых изменений, которые в эксперименте могут быть преобразованы в разности длин оптических путей. [32]

Если голограмма, полученная без фазового объекта, используется аналогично дифракционной решетке 0 % в интерферометре Кра-усхара, то такой прибор можно рассматривать как интерферометр с диффузным стеклом, позволяющий непосредственно наблюдать интерференционную картину. Голограмма одновременно точно воспроизводит диффузное стекло 5Р и все дефекты линз, которые в совокупности действуют как идентичные дифракционные решетки С. Голографический интерферометр имеет преимущество по сравнению с интерферометром с диффузным стеклом, поскольку дефекты линз не влияют на интерференционную картину, которая образуется за счет разности фаз во время первой и второй экспозиций. [33]

Оптическая схема двухволнового 8-канального голографического интерферометра. [34]

На рис. 6.55 приведена схема 8-канального двухволнового голографического интерферометра, который использовался для измерения параметров плазмы. [35]

Рассмотрим применение голографических методов контроля дефектов второго рода на примере склеивания системы из двух прямоугольных пластин. Для этих целей обычно используют метод гологпафической интерферометрии в реальном времени. Систему из свежесклеенных пластин помещают в схему голографического интерферометра и регистрируют исходное состояние одной из поверхностей пластин на фотопластинке. После ее проявления и установки на прежнее место в реальном времени наблюдают процесс высыхания или полимеризации клея. Если система не деформируется, то через голограмму будет видна чистая поверхность пластины без интерференционных полос, в противном случае возникает покрывающая объект интерференционная картина, которая характеризует изгиб склеиваемых элементов. Такой экспресс-контроль позволяет выбрать наиболее правильные, оптимальные режимы склейки, подобрать необходимые материалы и марку клея для снижения деформаций. Если склеиваемые изделия непрозрачны, то оптическую схему для диффузно отражающих объектов собирают на голографическом стенде. [36]

В § 9 были рассмотрены некоторые интерферометры для исследования прозрачных объектов. Практически для тех же целей широко применяются теневые приборы. Включение этих приборов в один раздел с интерферометрами объясняется еще и тем, что довольно простые и надежные в эксплуатации теневые приборы с помощью несложных приспособлений перестраиваются в интерферометры сдвига, интерферометры с дифракционной решеткой и голографические интерферометры. [37]

Когда голограмма экспонируется, а затем обрабатывается на месте или перемещается сразу после обработки, она действует как комбинация светоделителя и формирователя волнового фронта; при этом, поскольку непосредственно сравниваются два волновых фронта в реальном времени, такая схема почти полностью аналогична классическому интерферометру. Единственное, чем отличается голографическая интерферометрия от классической - это тем, что она использует время как четвертое измерение. Дважды экспонированный на одной пластинке тест-объект восстанавливается как два независимых волновых фронта, и, таким образом, одна голограмма после восстановления может действовать как полный интерферометр. Многократное экспонирование голограммы дает тот же эффект, что и двойное, с той лишь разницей, что в первом случае экспозиция синхронизуется с временными изменениями изучаемого объекта. В частности, если стробоскопический голографический интерферометр синхронизован с периодом вибраций тест-объекта, то при этом на кадрах наблюдаются амплитудные значения сдвига для данного типа вибрации, если период и фаза стробирующего импульса выбраны так, что экспозиции приходятся на максимум и нуль цикла вибрации. Многократное экспонирование с переменной фазой действует так же, как и многолучевая интерферометрическая схема, в которой различные вклады суммируются с разными фазами, а результат представляет собой среднеквадратичное значение этих сумм. В этом примере интенсивность полос интерференционной картины является функцией среднего фазового изменения на голограмме за время экспозиции. Если эти фазовые изменения случайны и некоррелированы, то голограмма не получается. При этом восстановленное с голограммы изображение, вообще говоря, является функцией временной когерентности света и может быть использовано как мера этой когерентности. [38]

За исключением случая применения коллимированного объектного пучка, нет необходимости в том, чтобы диаметры линз и фокусирующих зеркал были бы равны диаметру объекта. Это позволяет удешевить аппаратуру, предназначенную для исследования крупных объектов. Для этой цели можно применять простые линзы с таким же оптическим качеством, какое требуется для обеспечения необходимого качества изображения окончательной интерференционной картины. Тот факт, что в голографических интерферометрах оптические элементы не обязательно должны обладать очень высоким оптическим качеством, приводит к значительному удешевлению аппаратуры, особенно в случае больших апертур. [39]

Любой классический интерферометр, который был разработан для измерения изменений длины оптического пути как на пропускание, так и на отражение от высококачественных оптических элементов, имеет соответствующий голографический аналог. Классические интерферометры характеризуются не столько устройством оптических элементов, сколько тем ( так как это устройство может сильно меняться в зависимости от конкретного применения), являются ли интерферометр и чески сравниваемые волновые фронты почти плоскими или сферическими с относительно небольшими фазовыми отклонениями от идеального волнового фронта. Вследствие этого оптические элементы, используемые в составе классического интерферометра, должны изготавливаться с высокой степенью точности, чтобы не вносить паразитных полос в результирующую интерференционную картину. Наоборот, голография, позволяет восстанавливать волновые фронты с произвольным изменением фазы поперек волнового фронта, что открывает возможности применения в интерферометрии элементов с более низким оптическим качеством. Голографическая интерферометрическая система может быть выполнена на рассеивающих элементах, которые вообще нельзя использовать в классических методах. Поскольку в классических интерферометрах производится сравнение волновых фронтов, а не их запись, то такие приборы работают в реальном времени, что требует от оптических элементов интерферометра высокой стабильности и до некоторой степени столь же высокой стабильности изучаемого явления. С другой стороны, в голографическом интерферометре сравниваемые волновые фронты запоминаются, так что экспериментатору доступно еще одно измерение, а именно во времени. Наличие временной переменной является весьма существенной частью голографическои интерферометрии, что привело к многочисленным новым ее применениям, играющим важную роль особенно в области изучения вибраций. [40]

Страницы: 1 2 3