Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
ПОЛУЧЕНИЕ КОНТУРОВ РЕЛЬЕФА
505>
неизменными, так же как и положение кюветы при замене иммерсионной среды между экспозициями. После фотографической обработки голограмму освещают исходной опорной волной.
ФИГ. 15.10. Схема установки для получения конту-
ров рельефа иммерсионным методом.
ФИГ. 15.11. Действительное положение А и кажу-
щееся положение А' точки поверхности при наблюдении в двух направлениях.
Прежде чем вычислять разность фаз б для лучей, идущих от мнимых изобраячений, восстанавливаемых голограммой, обратим внимание на кажущееся положение объекта, погруженного
506
ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
ГЛ. 15.
в среду, отличающуюся от среды, окружающей наблюдателя. Будем считать, что предмет погружен в кювету с плоскими стеклянными окнами (фиг. 15.11) и что в первом случае среда внутри кюветы имеет показатель преломления u1, равный показателю преломления п0 вне кюветы, в то время как во втором случае показатель преломления п2 не равен п0. Для наблюдателя, смотрящего на предмет в направлении, составляющем некоторый угол с нормалью к окнам кюветы, при замене вещества в кювете точка А сместится как вдоль линии наблюдения, так и перпендикулярно к ней. Для наблюдателя же, смотрящего по направлению нормали к окну, точка сместится только по линии наблю-
ФИГ. 15.12. К расчетам фазового сдвига в иммер-
сионном методе.
дения. Такое направление наблюдения является наиболее выгодным, поскольку, как уже отмечалось, в этом случае интерференционные полосы локализованы на поверхности предмета. Как показывают расчеты, поверхность окна играет роль той плоскости, от которой отсчитывается высота поверхности предмета.
Теперь приступим к расчету разности фаз б (х) для световых лучей, которые на своем пути от источника к наблюдателю рассеиваются соответственными точками мнимых изображений. Используемые при расчетах обозначения приведены на фиг. 15.12, показатель преломления п0 среды вне кюветы принят равным единице. Сама кювета может быть наполнена либо веществом
§ 5. ПОЛУЧЕНИЕ КОНТУРОВ РЕЛЬЕФА 507
Z = щ [FGA + AB] - п2 [СНА + AB] =
= Ti1 [FGA +K]-Tt2 [СНА + к]. (15.26)
В соответствии с законом Снеллиуса щ sin T1 = п2 sin r2 = sin 0. Воспользовавшись тригонометрическими соотношениями х), можно показать, что U1FG = п2СН, и привести (15.26) к виду
Z = Yi1[GA +K]-U2 [НА + h] = = h [U1 (1 + cos T1) — U2(I + cos г2)]. (15.27)
Тогда разность фаз можно записать в виде
6 (ж) = А (х) [щ (1 + cos T1) -и2(1 + cos га)], (15.28)
где h (х) — высота поверхности, являющаяся функцией х. Поскольку величины, стоящие в квадратных скобках, постоянны, выражение (15.28) имеет тот же вид, что и (15.24). Так же как и в методе двух длин волн, пары соответственных точек оказываются на линии наблюдения, и контурные кривые локализованы на поверхности. Чтобы найти изменение высоты Ah, соответствующее промежутку между полосами, запишем (15.28) в дифференциальной форме и положим Аб = 2я. Тогда
А* = —7П-—лП-ч- (15-29)
U1 (1 +cos ri) — п2 (1 +cos r2) v '
При заполнении кюветы фреоном при давлении 3 атм одной полосе соответствует разность высот Ah порядка 100 мкм. Заполняя кювету жидкостями, можно измерять разности высот, меньшие 10 мкм.
г) Тот же результат можно получить, если учесть, что фаза падающей волны в точке В одинакова для обоих волновых фронтов GB и HB.
с показателем преломления п±, либо веществом с показателем преломления п2, причем п2 > щ. Параллельный освещающий пучок падает на кювету справа. Если среда в кювете имеет показатель преломления щ, лучи преломляются под углом t1 и попадают в точку А на поверхности предмета. Рассеянные лучи наблюдаются в направлении нормали в точке В. Если Яче показатель преломления среды равен п2і то все сказанное остается справедливым с той лишь разницей, что угол преломления теперь равен г2. На двухэкспозиционной голограмме записываются световые волны, попадающие в точку В после прохождения разных оптических путей. Как видно из фиг. 15.12, оптическая разность хода равна
508
ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
ГЛ. 15.
ФИГ. 15.13. Пример использования двухэкспози-
ционной голографической интерферометрии для целей неразрушающего контроля.
Ha фотографиях изображений четырехслой-ной шины видны места расклейки слоев. В этих местах наблюдается система круговых интерференционных полос. Эти дефекты выявились в результате остаточных деформаций после накачки шины до давления около 3 атм.
ЛИТЕРАТУРА
509
§ 6. Применения и усовершенствования описанных методов
Голографическая интерферометрия расширяет возможности классических интерферометрических методов, к числу которых относятся двухлучевая и многолучевая интерферометрия, методы фотоупругости и метод муаровых полос. Свойство голограммы сохранять и восстанавливать волны позволяет распространить интерферометрические измерения на диффузно отражающие или диффузно освещенные объекты. Голографическая интерферометрия может быть использована при изучении напряжений, в гидродинамике [15.25], для обнаруя^ения трещин [15.8] и исследованиях акустических резонансов, для контроля и производства точных оптических стекол, металлических деталей высокой точности [15.26] и аэродинамических поверхностей. Этот метод может также оказаться полезным при разработке новых способов нераз-рушающего контроля [15.27] (фиг. 15.13). По-видимому, описанные методы найдут широкое применение в практике интерферометрических исследований.
