Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
ного пучка повторяли свои траектории, возвращаясь через объект; для выполнения этого условия оптическая система должна быть ретрофокусной. Иными словами, либо за объектом следует располагать плоское зеркало, которое отражало бы коллимированный объектный пучок, либо нужно использовать сферическую объектную волну с искривленным зеркалом, кривизна которого согласована с кривизной волнового фронта с обратной стороны объекта.
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. Если размеры объекта больше голограммной пластинки, то для сужения объектного пучка до диаметра голограммы потребуются линзы. 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.
Если бы лазер, используемый при создании голограмм, давал абсолютно когерентный свет, то не требовались бы никакие меры для компенсации разности длин оптических путей между объектным и опорным пучками. К сожалению, линии излучения всех лазеров имеют конечную ширину, вследствие чего их можно характеризовать длиной когерентности L, которая (в грубом приближении) равна максимальной разности длин оптических путей между объектным и опорным пучками, при которой еще получаются стационарные кадры с высоким контрастом интерференционных полос. Если спектральная линия лазера имеет ширину Af, то длина когерентности L связана с А/ следующим соотношением (см. [15, стр. 41]) 1J:
L=c/Af, (5)
где с — скорость света в среде, в которой осуществляется эксперимент. Для лазеров максимальная ширина Af генерации определяется естественной шириной линии (или линий) в среде лазера. Например, для аргонового лазера Af составляет величину порядка 3 ГГц, что соответствует длине когерентности, когда никакой селекцией мод уже не уменьшить число осциллирующих мод внутри естественной линии, меньше сантиметра. Для уменьшения Af, приводящего к увеличению L, используется много различных методов. Однако в некоторых случаях потери мощности излучения,
"Ссылка на страницу дана для русского перевода книги.— Прим. ред, 10.4. Голографическая интерфером етрия
513
обусловленные этими методами, оказываются недопустимо большими, и поэтому приходится утешаться малой длиной когерентности. В таких случаях нужно проявить большое искусство, чтобы длины оптических путей пучков были одинаковыми. Даже при лазерах с высокой когерентностью излучения разность длин путей нужно сводить к минимуму. Компенсацию длин путей можно осуществить, используя на пути опорного пучка небольшие зеркала для того, чтобы изогнуть траекторию опорного пучка перед его фокусировкой в апертуру голограммы.
Очень важно соблюдать симметрию оптических элементов, поскольку фазы любых участков волнового фронта не идентичны, если только не используется идеальный одномодовый лазер. В случае применения многомодовых лазеров для достижения высокой мощности имеет большое значение пространственное согласование волновых фронтов опорного и объектного пучков на голограмме, так чтобы контраст полос оставался постоянным. На раннем этапе развития, когда в голографии использовались импульсные лазеры, многое зависело от тщательности согласования волновых фронтов; было разработано несколько устройств, обеспечивающих то, чтобы волны прибывали в плоскость голограммы с перекрытием одних и тех же участков [12]. После того как с помощью оптических элементов удалось скомпенсировать разности длин оптических путей и согласовать волновые фронты, необходимо соблюсти осторожность, чтобы направление поляризации обоих пучков сохранялось без изменения, ибо ортогонально поляризованные пучки не интерферируют и, следовательно, не могут сформировать голограмму.
После того как лазерный пучок разделился на опорный и объектный пучки, относительное движение этих пучков может вызвать разность длин оптических путей, в результате чего на интерферо-грамме появятся паразитные полосы. Относительное движение пучков должно быть сведено к минимуму либо путем использования очень жесткой конструкции оптических элементов, либо нужно уметь так управлять этим движением, чтобы экспонирование осуществлялось в тот момент, когда разность длин путей минимальна. Движение лазерного пучка относительно светоделителя не оказывает влияния на разность длин оптических путей между объектным и опорным пучками; таким образом, не обязательно, чтобы местоположения лазерного пучка и светоделителя были жестко связаны (это существенное замечание для случая, когда лазер слишком велик, чтобы его можно было жестко закреплять в той же системе, что и вся остальная оптика). Когда допускается движение входного пучка относительно интерферометра, то, если волновые фронты пучков не были согласованы, относительные положения соответствующих лучей в опорном и объектном пучках меняются. Интерферометрические структуры, обладающие определенной сим- 514 Гл. - 10. Области применения
