Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
Наибольшая выходная мощность излучения, полученная в одночастотном режиме генерации, составляет около 50 мВт на длине волны 6328 А для гелий-неонового лазера и около 1 Вт на длине волны 4880 А для аргонового ионного лазера. Основная трудность получения одночастотного режима генерации методом связанных резонаторов заключается в сохранении размеров обоих резонаторов неизменными. Указанная трудность возрастает, если мощность генерации велика, так как температура окружающей среды повышается. Если Z1 ^> Z2, то во время генерации достаточно подстраивать только длину Z2. Такую подстройку можно осуществлять, изменяя наклон пластины на фиг. 7.7, а или изменяя положение зеркала M3 на фиг. 7.7,6. Для контроля за длиной Z2 резонатора применяют также системы автоподстройки, с помощью которых поддерживается неизменной частота генерации /, соответствующая центру линии. На практике, не пользуясь системой автоподстройки, можно добиться стабильности частоты излучения лазера в течение нескольких минут. Обычно этого вполне достаточно для получения голограммы.
§ 2. Видность (контраст) интерференционных полос при регистрации голограмм
Для успешной регистрации голограммы прежде всего должно выполняться условие высокого контраста интерференционных полос. Интенсивность интерференционной картины, образованной двумя пучками, описывается выражением (1.9)
I = I1 + I2 + 2^a2 cos (ф2 — Фі).
Высокий контраст, или большая глубина модуляции, означает, что амплитуда изменяющегося в пространстве косинусоидального члена сравнима по величине с постоянным членом I1 + I2. Чем больше амплитуда косинусоидального члена, тем больше амплитуда дифрагированной ца голограмме волны н.а стадии восстановления. Таким образом, от контраста интерференционной картины
176
ИСТОЧНИКИ СВЕТА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА ГЛ. 7.
зависит яркость восстановленного изображения, и, следовательно, он должен быть как можно более высоким. (Дифракционная эффективность плоских и объемных голограмм рассматривается соответственно в гл. 8 и 9.)
В этом параграфе мы оценим также точность, с которой восстанавливается предметная волна, причем ограничимся рассмотрением плоских голограмм. Для точного восстановления исходной предметной волны при использовании, например, амплитудной голограммы, необходимо, чтобы амплитудное пропускание голограммы линейно зависело от интенсивности регистрируемой на ней интерференционной картины. Мы рассмотрим, как можно получить интерференционные полосы высокого контраста и как осуществить линейную запись волнового фронта.
1. Получение интерференционных полос высокого
контраста
Количественно контраст характеризуется видностью полос, которая определяется формулой (1.21):
т _г і
Y — макс лмии
^макс + ^мин '
где /Макс и ^мин означают максимальную и минимальную интенсивности интерференционных полос в плоскости наблюдения. Видность полос в разных местах плоскости наблюдения может быть различной, поэтому ее определяют для какой-либо малой области, размеры которой, однако, превышают расстояние между полосами. Как мы увидим ниже, видность полос зависит от степени когерентности I Yi2 (т) I между интерферирующими пучками, от угла Q между направлениями поляризации пучков г) и от отношения R интенсивностей обоих пучков (все величины берутся в плоскости наблюдения). Для упрощения вывода формулы, устанавливающей связь между V и параметрами | уі2 (т) |, Q и R, потребуем, чтобы последние были постоянными в любой малой области плоскости наблюдения, и будем рассматривать оптическую схему, показанную на фиг. 7.8, в которой и опорную и предметную волны получают от одного и того же лазерного источника. Все волны являются сферическими, причем опорная волна исходит из точечного источника і?, а предметная кажется исходящей из мнимого точечного источника Р. Мы исследуем интерференцию света в очень малой области А плоскости наблюдения. Область А достаточно велика, чтобы можно было измерить
г) Здесь и далее авторы под направлением и плоскостью поляризации понимают соответственно направление электрического вектора и плоскость, и которой находятся электрический и волновой векторы.—Прим. ред.
(7.18)
§ 2. ВИДНОСТЬ (КОНТРАСТ) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ ПОЛОС 177
видность полос, но в то же время достаточно мала, чтобы опорную и предметную волны можно было считать плоскими, а параметры I Yi 2 (т) I и Q — постоянными. Анализ проводится в предположении, что оба волновых вектора лежат в плоскости xz.
Предположим, что лазер работает в режиме генерации одной поперечной, но нескольких продольных мод. Тогда пространственную когерентность излучения такого лазера можно считать абсолютной и вместо степени когерентности [ Yi2 (т) I рассматривать
ФИГ. 7.8.
Направления распространения волновых фронтов, интерферирующих в малой области А.
степень временной когерентности і |шг (т) |. Прежде чем приступить к рассмотрению интерференции волн, показанных на фиг. 7.8, выделим в выражении (7.5) для ]шт (т) быстро меняющийся во времени фазовый множитель, входящий в выражение для комплексной напряженности электрического поля v. Напомним, что в гл. 1, § 3, комплексная напряженность электрического поля монохроматической волны была определена следующим образом:
