Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
2. Caulfield H. J., Opt. Commun., 23, 344 (1977).
3. Esplin R. W , Opt. Eng., 17, 73 (1978).
4. Tsuno T., Takahashi R., High speed photography of spectra, Proc. 9th Inter. Congr. High-Speed Photography, Motion Picture and Television, New York, 1970.
10.10. ГОЛОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОНТУРОВ РЕЛЬЕФА
Дж. Варнер 10.10.1. Введение
В данном параграфе мы кратко опишем три голографических метода получения контурных карт, характеризующих рельеф поверхности. Это двухчастотный метод (метод двух длин волн) 12], метод двух показателей преломления (иммерсионный метод) [2] и метод сандвич-голограмм [11. Часть материала рассмотрена автором в книге [3], где указывается на преимущество голографических и муаровых методов получения контуров рельефа. Здесь мы не будем делать сравнительных оценок методов, за исключением сандвич-голограмм. Хотя здесь описываются лишь голографические методы, однако это не исключает, что в некоторых применениях негологра-фические методы могут оказаться более эффективными.
Определим контурную карту рельефа как двумерное изображение трехмерного объекта, представляющее собой совокупность линий пересечения поверхности объекта рядом эквидистантных плоскостей, перпендикулярных линии наблюдения. Мы рассмотрим каждый из 656 Гл.г 10. Области применения _
перечисленных методов на конкретных примерах, для которых контурные карты получаются в соответствии с данным определением и в то же время легко интерпретируются. В конце параграфа приведены ссылки на три работы, которые позволят читателю более глубоко ознакомиться с данной проблемой,
10.10.2. Двухдлинноволновый метод
Рассмотрим простое голографическое устройство, схема которого показана на рис. 1. Объект освещается двумя идущими в одном направлении плоскими волнами света с частотами /, и /2 (соответствующие длины волн X1 и X2), которые можно рассматривать исходящими
, Объект
z=ni
Z = O
Объектные пучки
Я;,Я2
"Г/
Л
/і
/сд I
Опорные пучки
/^e,)
/
I /
I/
[/ Среда для записи
голограммы
Рис. 1. Геометрия схемы, используемой в двухчастотном методе голографического получения контуров.
из плоскости S; отражаясь от светоделителя СД, эти волны попадают на объект. Рассмотрим некоторую плоскость С, которая перпендикулярна освещающему пучку и проходит через объект Пересечение плоскости С с поверхностью объекта представляет собой контурную линию, которая записывается на голограмме следующим образом. Два световых пучка (на рисунке показаны штриховыми прямыми) с длинами волн X1 и X2 проходят абсолютно одинаковые пути от плоскости источника S до точки объекта (также пересекаемой плоскостью С) и затем до регистрирующей среды (хроматическим сдвигом, обусловленным конечной толщиной светоделителя обычно пренебрегают). В точке P регистрирующей среды каждый из объектных пучков интерферирует со своим опорным пучком соответствующей длины волны, и интенсивность двух образующихся интерференционных картин записывается на голограмме.
Для простоты предположим, что существует линейная зависимость между амплитудным пропусканием T регистрирующей среды 10.10. Голографические методы получения контуров рельефа
657
и экспозицией Е. Таким образом, Т=а„—щЕ
(1)
или
T = A0-Q11 Um + иM +Ua + Ut2 I21, (2)
где Uou Un — амплитуды электрической компоненты светового поля, at — время экспозиции. В данном случае нас интересует изменяющаяся часть экспозиции Е, которая имеет вид
E' = Cos (сох)+cos (WX +Дф), (3)
где со — пространственная несущая частота, а фаза Дф содержит информацию о контуре:
Дф= (2nN/K)2z— (2nN/K2)2z=2nN2z (AKZK1K2). (4)
Если плоскость С пересекает объект в ряде точек Р, для которых Дф=Л/2я (N — любое целое число), то модуляция, обусловленная E', максимальна. Однако при
Дф= (2 N—1)я (5)
такая модуляция стремится к нулю. Следовательно, при восстановлении изображения интенсивная дифракция имеет место для первого случая и отсутствует для второго. Чувствительность метода (или
Объект
Действительное изображение .
О
Объектные пучки
Опорные пучки
(&r> &і)> (а2» 9г)
Плоскость голограммы сфокусированного изображения
Рис. 2. Использование телескопической системы для голографического получения контурных карт. 658 Гл.г 10. Области применения__ _
цена одной контурной полосы, т. е. расстояние между светлыми контурными линиями) определяется выражением
Аг=ХД2/2геАХ. (6)
В случае, когда AX мало, а п= 1, мы имеем Az=X2/2ДХ.
Проведенное выше рассмотрение позволяет понять, как с помощью двухчастотной голографии получают информацию о контурах рельефа. Теперь исследуем метод, который, по моему мнению, является более полезным (рис. 2). В этом случае голограмма H записывает действительное изображение О' объекта О, формируемое телескопической системой линз L. Использование телескопа для записи голограммы сфокусированного изображения объекта минимизирует хроматическую декорреляцию изображений на этапе восстановления. Во всех трех голографических системах для записи контурных карт рельефа поверхности можно использовать телецентрическую систему визуализации с некоторыми несущественными изменениями. Апертура А телескопа играет важную роль в формировании контурной карты. Поскольку апертура А находится на оптической оси телескопа, через нее проходят лишь параксиальные лучи света, отраженного от объекта. Только свет, который идет точно по оси системы, дает однозначную информацию о контурах в виде высококонтрастных интерференционных полос. Однако при слишком малой апертуре А изображение оказывается размытым и пораженным спеклами; при этом контурные линии и детали изображения становятся плохо различимыми. Таким образом, контраст контурных линий можно увеличить лишь за счет четкости изображения (подробно рассматривается этот вопрос в диссертации автора [2]).
