Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Классические интерферометры подробно обсуждаются в литературе (см. достаточно полные обзоры [37, 40J). В интерферометрах с разделением пучка, например в интерферометрах Маха — Дендера и Майкельсона, плоская волна разделяется на две волны, распространяющиеся по двум путям, один из которых проходит через исследуемую область, а по другому пути идет волна, играющая роль опорной. Второй светоделитель (или в случае интерферометра Майкельсона вторичное прохождение через светоделитель) 10.4. Голографическая интерфером етрия
505
соединяет разделенные пучки, что приводит к образованию интерференционной картины поперек волнового фронта. Полосы этой интерференционной картины представляют собой линии, соответствующие постоянной разности длин оптических путей поперек волнового фронта. Голографически эти интерферометры получаются
Светоделитель Тест-объект
/ Рассеиватель /. Голограмма
Лазер
Опорный пучок
Светоделитель
Рис. 1. Голографические аналоги классических интерферометров, а — однопроходный интерферометр типа интерферометра Маха — Дендера; б — интерферометр типа интерферометра Майкельсона с двукратным прохождением.
при замене светоделителя на голограмму (см. рис. 1, на котором изображены схемы голографической реализации двух таких интерферометров). Интерферометр образуется при записи голограммы данной последовательности оптических элементов [21, 22, 381. Восстановление голограммы в том же месте, где она была записана, приводит к образованию опорного волнового фронта (т. е. созданного оптической системой в невозмущенном состоянии), который позволяет выполнить интерферометрические измерения последующих изменений в системе. Поэтому в принципе любая голограмма представляет собой интерферометр, в котором исходные волновые
S № 1866 506 Гл. , 10. Области применения
фронты, сформировавшие эту голограмму, могут при восстановлении интерферировать.
В других классических интерферометрах светоделители и поляризующие элементы используются для сдвига волнового фронта в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Интерферометры сдвига сравнивают различные участки одного и того же волнового фронта и потому чувствительны к изменениям фазы поперек волнового фронта, а не к абсолютному значению фазы в данной точке. Голографический интерферометр сдвига реализуется на одной голограмме [14] или на двух голограммах волнового фронта (дальнейшее обсуждение этого метода см. в п. 10.4.4.3). В любом случае, независимо от того, осуществляется ли сдвиг до или после экспонирования голограммы, полученная информация оказывается идентичной той, которую дает неголографиче-ский интерферометр.
Голографические интерферометры, работающие в реальном времени, менее критичны к стабильности, чем их классические аналоги. Уникальным свойством голографии является способность записывать множество изображений на одну и ту же голограмму, причем при восстановлении они интерферируют как независимые волновые фронты. Интерферометрия с двойной экспозицией голограмм позволила ослабить на порядок критерий стабильности по времени экспозиции. Эта способность записывать волновые фронты за различное время, а также тот факт, что теперь в интерферометрии можно использовать произвольные волновые фронты [19, 20], сделали голографический подход гораздо более гибким, чем классический. Даже голограммы движущихся объектов содержат информацию о движении, причем изучение этих голограмм совершило переворот в исследованиях вибраций [32].
10.4.1.1. Рассеивающий и другие замечательные голографические интерферометры
Несмотря на то что ранние голографические интерферометры (по крайней мере, используемые при изучении течений) представлялись полными аналогами классических, скоро обнаружилось, что в оптическую систему можно включать оптические элементы без потерь интерферометрической информации [13]. Этот результат непосредственно следует из модифицированных основных уравнений голограммы, если на этапе восстановления использовать четвертый волновой фронт, распространяющийся вдоль направления исходного объектного пучка; следовательно, этот волновой фронт движется коллинеарио пучку «истинного изображения». В случае внеосевой голограммы выражение для амплитуды волны, восстановленной пучком вида с ехр (ісрД дается выражением V ехр Wpw=Y с а г ехр і (%—%+%), (1) J0.4. Голографическая интерферометрия
507
где у — коэффициент пропорциональности, зависящий от условий записи голограммы; с, а и г — амплитудные члены, являющиеся, как и фазовые члены срв, фг и фс, функциями поперечных координат X и г/ голограммы, причем индексы а, г и с относятся соответственно к исходной объектной, опорной и восстанавливающей волнам. При наличии исходного объектного пучка, как это бывает в случае голографической интерферометрии в реальном времени, в уравнении (1) появляется дополнительный член вида a' exp t[cpa+ + Дф(х, г/)], чтобы учесть модифицированную волну, фаза которой меняется поперек волнового фронта на величину, описываемую членом Дф(х, у). При восстановлении с одновременным использованием модифицированной объектной волны интенсивность волны вдоль направления восстановленного пучка изменяется на величину, равную квадрату суммы двух волн. Осуществляя те же операции, что и при выводе уравнения исходной голограммы, находим выражение для интенсивности интерференционной картины двух волн:
