Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Фиг. 15.1 иллюстрирует контрастность полос, получаемых с помощью метода двух экспозиций. При первой экспозиции термоэлектрический элемент находился при комнатной температуре. Перед второй экспозицией к зажимам элемента было приложено напряжение, вследствие чего температура наблюдаемой поверхности понизилась на 10° С. Задняя поверхность элемента (через которую осуществлялся теплоподвод) была более теплой; возникновение градиента температуры привело к стягиванию наружной поверхности, в результате чего она стала вогнутой.
Метод двух экспозиций при использовании импульсных лазеров с большим успехом был применен к интерферометрии быстропро-текающих процессов [15.10]. На фиг. 15.3 приведена фотография изображения летящей пули, полученная при наблюдении через дважды экспонированную голограмму. Видны интерференционные полосы в области ударной волны. Если не считать проблемы обеспечения достаточной длины когерентности излучения импульсного лазера (см. фиг. 11.7), то простота получения результатов является значительным преимуществом голографического метода перед обычной интерферометрией. Чтобы получить фотографию типа показанной на фиг. 15.3, камера с газом, через которую должна пролететь пуля, просвечивается излучением импульсного лазера. (Если лазерный свет до прохождения камеры рассеивается диффузором, то восстановленное изображение легко наблюдать невооруженным глазом.) Прошедший свет интерферирует с опорной волной вне камеры, давая первую экспозицию на голограмме. Прохождение пули через камеру запускает второй лазерный импульс, освещающий пулю и (еще раз) камеру. Прошедший свет вместе с первоначальным опорным пучком дает вторую экспозицию. В области ударной волны, создаваемой пулей, плотность газа в камере изменяется, а вместе с ней изменяется и длина оптического пути через, газ. Если обработанная голограмма освещается волной, подобной опорной волне, то обе восстановленные волны интерферируют и образуют полосы, характеризующие изменение плотности газа за время между экспозициями. Как полосы, так и изображения
ДВУХЭКСПОЗИЦИОННАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
479
ФИГ. 15.3. Фотография изображения летящей пули,
полученная с помощью дважды экспонированной голограммы. (По Хефлингеру, Вюркеру и Бруксу)
480
ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
ГЛ. 15.
являются, конечно, трехмерными и записываются с характерной для голографии большой глубиной поля. Фотография, приведенная на фиг. 15.3, сделана при фокусировке камеры на плоскость мнимого изображения силуэта пули.
Привлекательная особенность голографического метода состоит в том, что стеклянные окна камеры не должны быть оптически плоскими, как это необходимо в том случае, когда камера помещается в одном плече обычного интерферометра. Как возмущенный пучок, так и пучок сравнения в голографическом методе проходят в сущности по одному и тому же пути. Если окна камеры не сдвинулись за время между экспозициями, то их неоднородность не может привести к появлению мешающих интерференционных полос Несмотря на оптическую неоднородность стеклянных окон, они не будут видны на восстановленных с помощью голограммы изображениях х).
§ 3. Локализация интерференционных полос и их интерпретация
При некоторых применениях голографической интерферометрии, например при неразрушающих методах контроля, требуется только качественная информация об интерференционной картине. Предположим, что термоэлектрическое устройство, изображенное на фиг. 15.1, недостаточно хорошо соединено с полупроводниковым термоэлементом или с тепловым резервуаром. Обнаружить это можно просто путем визуального наблюдения искажений интерференционной картины, которая при отсутствии таких дефектов была бы симметричной. Для других применений, когда необходим количественный анализ напряжений, желательно по интерференционной картине непосредственно получить карту смещений поверхности. К сожалению, задача усложняется тем, что система интерференционных полос, возникающих при деформации поверхности, вообще говоря, не локализована на ней.
Поверхностью локализации интерференционной картины называют такую поверхность, для которой контраст, или видность, интерференционной картины максимален. Положение поверхности локализации зависит от освещения предмета, природы его деформации и направления наблюдения. Найти поверхность локализации можно, рассматривая интерференцию световых лучей, рассеянных парами соответственных точек на исходной и деформированной поверхностях предмета. (Как будет показано немного
*) Неоднородность окна камеры, ближайшего к наблюдателю, будет искажать наблюдаемую картину, но не в интерферометрическом, а в обыч-лом смысле.— Прим. ред.
§ 3. ЛОКАЛИЗАЦИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОЛОС 481
позже, рассеяние от несоответственных точек является случайным по фазе, и его можно рассматривать как шум.) Допустим, что интенсивность рассеянного света измеряется светочувствительным приемником небольших размеров. Приемник способен воспринимать свет только в пределах узкого конуса лучей, основанием которого является ограниченный участок рассеивающей поверхности, а вершина лежит на приемнике. За направление наблюдения мы примем среднее направление лучей. Пусть б представляет собой разность фаз световых лучей, приходящих на приемник от пары соответственных точек на (ограниченном) наблюдаемом участке рассеивающей поверхности. (Такую пару образуют исходное и смещенное полоячения любой точки на этом участке.) На некотором расстоянии от наблюдаемой поверхности для всех пар лучей, которые приходят от соответственных точек наблюдаемого участка и находятся в пределах конечной угловой апертуры приемника, вариации б равны или почти равны нулю. Мы называем такое положение точкой локализации. При таком перемещении приемника над поверхностью предмета, при котором направление наблюдения остается фиксированным, на него попадает свет от новых участков рассеивающей поверхности. Величина б (усредненная по малому наблюдаемому участку) изменяется от точки к точке, в результате будут зарегистрированы интерференционные полосы, характеризующие смещение поверхности. Расстояние от точки локализации до рассеивающей поверхности также может меняться.
