Оптическая голография - Априль Ж.
Скачать (прямая ссылка):
Голография с усреднением по времени (термин, обычно применимый к процессу изготовления голограммы движущегося объекта при продолжительном освещении) фактически представляет собой специальный случай «голографии с модуляцией по времени», которую подробно рассмотрел Алексофф [5]. Выражение (11) описывает модуляцию интенсивности в изображении, восстановленном с голограммы, когда фаза объектного пучка синусоидально модулируется за счет рассеяния на вибрирующем объекте, а опорный пучок остается немодулированным. Фазовая модуляция светового пучка (или любой другой синусоидальной волны для этого случая [23]) на частоте со дает временные боковые порядки пучка со сдвигами частоты на cd, 2cd, Зсо, ..., причем их амплитуды пропорций- 534 Гл. , 10. Области применения
Рис. 7. Голограмма, полученная методом усреднения по времени, для пятилопэ-точной турбииы с длиной лопаток ~79 см, вибрирующей на моде высшего порядка с частотой 653 Гц. Этот тип голограмм особенно хорошо демонстрирует узловые линии.
нальны функциям Бесселя порядков 1, 2, 3, . . ., п, а именно функциям Уі(ср), ^2(ф), Jз(ф)> • • • • (Аргумент ф относится к максимальному вносимому фазовому сдвигу.) Между тем, поскольку свет на этих сдвинутых по частоте боковых порядках должен быть получен из падающего пучка с исходной частотой, амплитуда пучка нулевого порядка или пучка, не имеющего сдвига по частоте, должна изменяться в соответствии с фазой модуляции; фактически она изменяется как функция Бесселя нулевого порядка /0(ф)-Следовательно, объектный пучок, рассеянный на синусоидально вибрирующем объекте, содержит часть света с той же частотой, что и исходный объектный пучок, а также остальная часть волн, частота которых отличается от исходной на целое число со, а отно- 10.4. Голографическая интерфером етрия
535
сительные амплитуды представляют собой функцию ср, в свою очередь зависящую в соответствии с выражением (10) от амплитуды смещения во время вибрации.
Голограмма действует как гетеродинный приемник, настроенный на временную частоту опорного пучка, так как на голограмме останутся неподвижными только те полосы, которые образованы компонентами с той же частотой, что и у опорного пучка. Компоненты со сдвигом частот на со, 2со, Зсо, . . . образуют полосы, смещающиеся благодаря этому сдвигу по плоскости голограммы; за время экспозиции эти компоненты «смываются» и остаются лишь полосы, образованные светом, не сдвинутым по частоте. Поскольку амплитуда этого света пропорциональна функции У0(ф), интенсивность восстановленного изображения для участков голограммы с фазовой модуляции пропорциональна /о(ф), как и следует из выражения (11). Голография с временной модуляцией обобщает принцип гетеродинного приема и на детектирование боковых порядков объектного пучка с более высокими частотами. Принцип работы голографии с временной модуляцией остается тем же самым, что и в случае голографии с усреднением по времени; записываются лишь те компоненты объектного пучка, частота которых точно совпадает с частотой опорного пучка.
Удобный способ восстановления информации, содержащейся в частях объектного пучка со сдвигом по частоте, дает фазовая модуляция опорного пучка. В случае, когда опорный пучок, используемый для изготовления голограмм с усреднением по времени, сдвинут на частоту вибрации объекта, максимум яркости восстановленного изображения соответствует максимуму функции Бесселя первого порядка Л(ф), а не максимуму функции У0(ф), как в случае голограммы с усреднением по времени, которая записывает нулевой порядок. Влияние такого сдвига сказывается на том, что положение максимума яркости на голограмме смещается от узловой линии (соответствующей нулевой вибрации) к тем участкам, которые создают сдвиг, соответствующий максимуму функции Бесселя первого порядка. Если опорный пучок сдвинут по частоте до согласования со второй гармоникой частоты модуляции, то яркость восстановленного изображения имеет вид функции Бесселя второго порядка от фазового сдвига. Хотя теория считает, что прямой сдвиг по частоте опорного пучка относительно частоты объектного пучка является желательным, на практике получить этот сдвиг не представляется возможным; следовательно, более реальной является осуществление синусоидальной фазовой модуляции опорного пучка на частоте, совпадающей с частотой возбуждения объекта. Анализ общего случая, когда фазы опорного и объектного пучков не совпадают, весьма сложен; однако очень полезную информацию может дать анализ частных случаев, когда опорный пучок либо находится строго в фазе с движением объектного пучка, 536 Гл. , 10. Области применения
либо строго в противофазе относительно этого движения, поскольку в первом случае усиливаются полосы от того порядка, которому соответствует сдвиг по частоте опорного пучка, а во втором случае полосы от этого порядка ослабляются из-за деструктивной интерференции. Таким образом, фазовую модуляцию опорного пучка можно использовать, во-первых, для изучения относительных фаз узлов и пучностей вибрации. Во-вторых, коррелированный сдвиг фазовой модуляции с амплитудой опорного пучка позволяет получать качественную информацию о фазе движения различных участков объекта, даже если количественную информацию получить трудно [5]. Модуляция опорного пучка может увеличить диапазон эффективного применения голографии с усреднением по времени, обеспечивая высокий уровень фазового сдвига, что позволит осуществлять запись при взаимодействии с компонентами, обладающими большой амплитудой. Временная модуляция также эффективно увеличивает чувствительность при малом контрасте полос, так как, если правильно отрегулированы модуляция опорного пучка и фаза, от общего движения можно отвлечься, оставив только малые изменения в виде роста яркости, которые легко можно различить на темном фоне. Этим способом можно выявить движение с амплитудой в малую долю длины волны [44]. Таким образом, временная модуляция находит весьма разнообразные применения. Диапазон ее использования простирается от голографии с усреднением по времени (в этом случае движение объекта модулирует только один пучок) до голографии, при которой фаза или частота опорного пучка модулируется для усиления определенных участков движения. В п. 10.4.3.5 мы увидим, что применение временной модуляции распространяется за пределы фазовой модуляции света, используемого для получения голограммы, и включает амплитудную модуляцию. Применяя импульсную модуляцию экспозиции голограммы, информацию от относительно долгой экспозиции можно преобразовать в информацию, эквивалентную полученной при двукратных или многократных коротких экспозициях.
