Голографический интерферометр

 

И Е 1п1607460

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.06.76 (21) 2377548/25 с присоединением заявки М (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень Лю 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (51) М. К .

G 01B 9/021

Государственный комитет (53) УДК 772 99 (088.8) ло делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

И. H. Зелинский и В. Т. Черных (71) Заявитель (54) ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ ИНТЕРФЕРОМЕТР

25

1

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для качественного и количественного исследования оптических неоднородностей в экспериментальной газовой динамике, физике плазмы и других областях.

Известны голографические интерферометры, в которых интерференционные картины, соответствующие настройке на полосы конечной ширины, получают путем перемещения между экспозициями либо диффузно-рассеивающего объекта, либо диффузного рассеивателя в случае изучения фазовых объектов (1).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемым результатам является интерферометр, который содержит источник когерентного излучения, коллиматор, светоделитель и систему зеркал, формирующих опорные и сигнальные пучки, рассеиватель, голограмму, установленную с возможностью перемещения перпендикулярно оптической оси, и фотографическую систему (21.

Однако за время эксперимента невозможно изменять настройку этого интерферометра, ширину конечных полос и знак фазы (угла) интерферирующих лучей. Переход от одного вида настройки интерферометра к другому и изменение ширины полос проводят в разные моменты времени, осуществляя каждый раз настройку и юстировку прибора. Это приводит к большой погрешности интерференционных измере5 ний, сложности оптического эксперимента при изучении нестационарных и быстропротекающих процессов.

С целью увеличения диапазона настройки интерферометра в одном эксперименте

10 и повышения точности интерференционных измерений, в предлагаемом интерферометре перед фотографической системой установлен объектив с возможностью его перемещения вдоль оптической оси, причем в

15 каждом фиксированном положении расстояние от его фокальной плоскости до фотографической системы определяется выражением: где Л вЂ” длина волны излучения;

fl и f2 — фокусные расстояния объектива и фотографической системы, соответственно;

Л вЂ” смещение голограммы в собственной плоскости вдоль координатных осей Х и У; е — ширина интерференционных полос настройки.

607460 "fr. Л

)2

> е Л

На чертеже изображена принципиальная оптическая схема голографического ингерферометра.

Он состоит из источника 1 когереигного излучения (лазера), коллиматора 2, светоделительнои пластины s, разделяющеи пучок на две части 3 (II i) и 52 (II g) плоского зеркала ч, ди<р рузного рассеивателя б, рабочеи зоны 0, голограммы 7, ооьекгива Ь, фогографическои ilcl i Mr>l 9> вклю id ющеи в своя ооbeKllid !0> дна >in M1 линзу 12 и фоторегистрачор 16, усчановлеiiных по ходу пучка II i, зеркал r4, !о и отрицательнои линзы 1о, установленных iio ходу пучка Й . !!редлагаемыи голографический интерферометр раоотает следующим ооразом. ьогерентное излучение лазера 1 коллимируется посредством оптическои системы 2. ь,оллимированный пучок с гомощью светоделительнои пластины 3 делится на две части 3i и 3g. !!учок Iv) выполняе функции сигнального пучка. С помощью зеркала 4 этот пучок направляется на дыр рузный рассеиватель о. ассеянныи пучок просвечивает рабочую зону б и падает на голограмму 7.

1!учок II" 9 используется в качестве опорного пучка. Зеркалами !4 и 15 опорныи пучок направляется на отрицательну о линзу !

b. H.а выходе линзы о формируется расходящиися пучок, освещающии голограмму под некоторым углом а относительно нормали к ее поверхности. ! ологр амму регистрируют по методу двух экспозиции. 1!ри первои экспозиции в раоочей зоне б присутствует исследуемыи объект. !1еред второи экспозициеи голограмму 7 смещают в собственной плоскости вдоль одной из координатных осеи, например Л, на величину х. Вторую экспозицию проьодят в отсутствии ооъекта.

11осле соответствующей фотообработки, голограмму устанавливают на прежнее место и освещают пучком Й" . олограмма реконструирует две совокупности точечнь!х источников света, расположенных в плоскости диффузного рассеивается, смещенных друг относительно друга на величину Л.

Световые лучи, исходящие от соответствующих точек, например Л и Л, изображений рассеивателя о, попадают на обьсктив

8, установленный перед фотографической системой 9. Лучи, распространяющиеся параллельно оптической оси системы, соберутся в задней фокальной точке $ объектива 8. Посредством перемещения объектива 8 (точки $) 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, опрс5 !

О !

5 0

35 !

О

4 деляющее в каждом фиксированном поло кени объектива 8 расстояние а от его фо, альной плоскости до фотографическои системы 9 (ооьектива 10). Это выражение

«меет вид: где л — длина волны излучения, 1 и )q — фокусные расстояния объектива и фотографической системы, соответственно, Ь вЂ” смещение голограммы в собственной плоскости вдоль координатных осей Х или У, e — ширина интерференционных полос настройки.

Из формулы следует, что если а = — J,, î i. )i f, e.Ь =-0.

Это отношение равно нулю в roM случае, если е = oo,1е =- Л(P (2), где (3 — угол ме,кду иптер рерирующими лучами). Ширина полосы равна оесконечности e=oo, когда (l=u, 1!ри условии а= — j> из фотографическои системы 9 выходят соотвегстнующие

ls и под нулевым углом интерференции (=-О. В плоскости экрана !3 при этом наîлюдаегся равномерно освещенное поле, coul встств ющсс настроике интерферометра а оссконечно широк ю полосу.

В случае, если объектив 8 установлен от фотографической системы 9 на расстоянии и (Jz, то на выходе системы соответствующ с лу IH пересекутся за заднеи фокальной точкой системы под некоторым углом (э =О. 11ри этом в плоскости наблюдения !

3 образуются интерференционные полосы конечной ширины (е = const). С уменьшением величины а уменьшается угол (между интерферирующими лучами. Согласно (2) уменьшение (приводит к увеличению ширины 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 or соответствующих источников А и А, определенным образом. Если объектив 8 установлен так, что точка S находится между передней фокальной точкой и главной плоскость;о обьектива 10 (а (fq), 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 интерферограмм знакопеременной настройки относительно градиента оптической не607460 однородности. В случае, когда объектив 8 установлен относительно фотографической системы 9 на расстоянии а W fð, не происходит изменения знака фазы соответствующих лучей. Интерферограмма, регистриру- 5 емая при этом условии, характеризует исходную настройку интерферометра, определяемую направлением и величиной смещения голограммы между экспозициями.

Таким образом, предлагаемый гологра- 10 фический интерферометр позволяет с одной голограммы получать интерференционные картины, соответствующие настройке на бесконечную широкую полосу, и полосы конечной ширины различной ширины и пе- 15 ременного знака фазы (угла) интерферирующих лучей. Благодаря такой универсальности предлагаемого интерферометра существенно увеличивается диапазон настройки интерферометра в одном эксперимен- 20 те и повышается точность интерференционных измерений.

Формула изобретения

Голографический интерферомегр, содер- 25 жащий источник когерентного излучения, коллиматор, светоделитель и систему зеркал, формирующих опорный и сигнальные пучки, рассеиватель, голограмму, установленную с возможностью перемещения пер- ЗО пендикулярно оптической оси, и фотогра Ъп ЛЛ е.Ь а= — f, где Х вЂ” длина волны излучения, f> и f — фокусные расстояния объектива и фотографической системы, соответственно, Л вЂ” смещение голограммы в собственной плоскости вдоль координатных осей Х или У, е — ширина интерференционных полос настройки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

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

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

holographic interfегоgrams. J, «Арр1. Phys»., 1971, 42, М 3, 1109 — 1119. ческую 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

607460

Составитель В, Мещанкин

Техред А. Камышникова

Корректоры: Л. Орлова и Т. Добровольская

Редактор Т. Колодцева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 93/3 Изд. № 194 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5