Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Помимо того что работа в полевых условиях сопровождается шумами и вибрацией, изучаемые явления, как правило, имеют короткое время жизни (они могут быть одиночными или повторяющимися). При изучении быстропротекающих процессов приходится применять импульсные лазеры, из которых самым совершенным и часто используемым является рубиновый лазер с модулируемой добротностью [12]. Номинальная длительность импульса этого лазера 20 не, т. е. достаточно коротка, чтобы исключить влияние инфразвуковых явлений. В случае прозрачных объектов выходная 10.4. Голографическая интерфером етрия
523
энергия лазера 10—50 мДж в одномодовом режиме достаточна для экспозиции даже не очень чувствительных голограммных пластинок, поскольку при прохождении света через оптическую систему потери очень малы даже при наличии рассеивателей. Экспонирование тестовой камеры сначала в невозмущенном, а затем в исследуемом состоянии светом от лазера с генерацией одиночных импульсов позволяет получить дважды экспонированную интерферо-грамму.
Быстропротекающие процессы, например околозвуковые турбулентные течения в турбинах, легче всего исследовать с помощью лазера, работающего в режиме генерации двух импульсов. В этом режиме интервалы между импульсами задаются электронной системой управления лазером и в зависимости от типа лазера могут иметь значения от 40 не до нескольких секунд. Если необходимо иметь последовательность импульсов с интервалами, близкими к длительности импульсов, то нужно применять лазер с генерацией в режиме многократных импульсов. При работе лазера в режимах как одиночных, так и двойных импульсов необходимо обеспечить, чтобы лазер запускался одновременно с наступлением изучаемого явления. Если исследуются вращающиеся механизмы, то к вращающимся частям необходимо прикрепить магнитоиндукционный или оптический датчик, чтобы сформировать импульс, который после электронной обработки в нужное время зажжет лазер. В тех случаях, когда электрические сигналы сами создают изучаемое явление, наподобие того, как искра приводит к ударной волне, синхронизация может быть целиком электронной и составлять часть эксперимента. Если интервалы между многократными импульсами лазера должны быть порядка единиц или десятков наносекунд, то для получения фиксированной задержки между импульсами, между лазером и объектом можно ввести разность длин оптических путей. Поскольку свет в воздухе проходит за 1 нс расстояние, равное 30 см, в больших комнатах можно получать задержки, составляющее сотни наносекунд. Когда в эксперименте используются различные пути, приходится предусматривать средства компенсации опорного пучка, так чтобы в плоскости голограммы импульсы опорного и объектного пучков перекрывались одновременно.
Даже когда исследуются квазистатические явления, например каскадные потоки или теплопередача, может потребоваться синхронизация лазера, для того чтобы обеспечить работу «голокамеры» вместе с изучаемым явлением. Например, в исследив jm и их каскадных потоков применялся одноплечевой голографический аналог интерферометра Майкельсона [9], причем зеркало, кот. рие помещалось за объектом, во многих случаях монтировалось на подстаг.ке, развязанной с основой, на которой крепилась остальная оптическая часть камеры. Любое движение зеркала относительно камеры влечет за собой формирование фоновой картины на голограмме. В од- 524 Гл. - 10. Области применения
ном из экспериментов 19], для того чтобы исключить или хотя бы иметь возможность контролировать этот фон, нужно было управлять ориентацией зеркала относительно основы, на которой устанавливались оптические элементы. Пучок Не—Ые-лазера низкой мощности проходил через объект, отражался от зеркала и возвращался, попадая на структуру точечных фотодиодов, расположенных на оптическом столе, который служил основой для остальных оптических элементов. Простая электронная схема совпадения гарантировала, что лазер запустится только в том случае, когда отраженный луч возвратится через диафрагму. Таким образом гарантировалась для двух экспозиций юстировка зеркала относительно оптических элементов.
Для успешной работы голографических интерферометров не требуется очень высокое оптическое качество линз и входных окон; это обусловлено тем, что голографическая интерферометрия в основном представляет собой метод сравнения произвольных волновых фронтов. Тем не менее в тех экспериментах, в которых между экспозициями имеет место значительное боковое смещение или термическая дисторсия материала окна, необходимо, чтобы окна были изготовлены из высококачественного материала во избежание возникновения паразитных интерференционных картин, связанных с оптическими неоднородностями окна. Когда необходима шлирен-или теневая информация, на интерферограмме воспроизводятся полоски и другие оптические несовершенства вместе с градиентами преломления, связанными с исследуемым объектом. Наконец, если оптика недостаточно хорошего качества, чтобы четко воспроизводить объект, то очевидно, что картины, создаваемые исследуемым явлением, нельзя ассоциировать с определенным положением в исследуемом объекте.
