Оптические голографические приборы - Морозов А.М.
ISBN 5-217-00074-0
Скачать (прямая ссылка):
Измерение формы изделия с помощью голографических топограмм. Топограммой называется картина, состоящая из изображения предмета с нанесенными на его поверхность линиями равного профиля. Каждая линия показывает, на какой высоте от начального уровня находятся точки объекта. Все точки предмета, принадлежащие одной и той же контурной линии, находятся на одинаковой высоте от начала отсчета, например географические топографические карты показывают, на какой высоте над уровнем моря находятся точки земной поверхности. По топограм-мам предметов можно рассчитать их форму, определить отклонение от плоскостности изделий, а также шероховатость поверхности.
Применение голографической и лазерной интерферометрии позволило разработать бесконтактные методы получения топограмм, имеющих высокое разрешение. Эти методы основаны на создании системы интерференционных поверхностей, пересекающих восстановленное голограммой изображение объекта либо сам объект.
Рассмотрим метод получения голографической топо-граммы объекта, носящий название метода двух источников. При этом методе производится регистрация двухэкспо-зиционной голографической интерферограммы объекта по обычной схеме Лейта. За время между экспозициями освещйющий пучок с плоским волновым фронтом поворачивают зеркалом на угол а, что фактически эквивалентно изменению положения источника освещения (рис. 42, а). Голографическая интерферограмма будет восстанавливать два изображения объекта, которые интерферируют между собой и вследствие наличия разности фаз на изображении возникнут интерференционные полосы, характер которых определяется формой поверхности объекта, а также углами между биссектрисой угла а и направлением наблюдения интерферограммы Я. Возникновение интерференционных полос можно объяснить еще и тем, что при повороте освещающего пучка в области их перекрытия возникает система интерференционных плоскостей А, которые пересекают изображение предмета параллельно биссектрисе угла а. 104 Рассстояние между интерференционными плоскостями
А/г= X/(2 sin а/2),
*
где X — длина волны источника освещения. Изменяя угол а, можно менять Ah в широких пределах. Например, при a^l' Ah^2,5 мм, а при «a3,5° AhzzlQ мкм.
Информация, получаемая по голографическим топо-граммам с помощью оптических преобразователей, вводится в ЭВМ, которая рассчитывает форму изделий и определяет отклонения от заданных геометрических размеров. На рис. 43, б приведена голографическая топо-
грамма тонкой пластинки, на которой визуально можно наблюдать отклонение от среднего профиля (отклонение от плоскостности) ее поверхности.
2. Дефектоскопия фазовой неоднородности стекла
Контроль коэффициента преломления оптических элементов, выявление неоднородности стекла, включений типа пузырей и свилей являются важными этапами контроля качества оптических изделий. С конца прошлого столетия основным оптическим инструментом, применяющимся для количественных измерений прозрачных неоднородных материалов, был интерферометр Maxa-Цендера, на основе которого разработаны теневые и интерференционные методы контроля. Ограничением этих методов являются аберрации оптических систем самого интерферометра. Методы голографической интерферометрии позволяют компенсировать аберрации и тем самым существенно улучшать качество проводимых измерений.
Рассмотрим схему голографического интерферометра фазовых объектов (рис. 43). Узкий пучок света от лазера 13 через щель 11 падает на полупрозрачную пластину 5, где он делится на два. Отраженный пучок зеркалом 6 направляется на микрообъектив 4, который находится в фокусе сферического зеркала L Расширенный луч, отражаясь от зеркала Д формирует плоскую волну, проходящую через рабочую зону интерферометра, и направляется вторым сферическим зеркалом 2, плоскими зеркалами 7, 14 и линзой 15 на фотопластинку 77. Это объектная световая волна.
Прошедший через делительную пластину 5 узкий опорный пучок проходит рабочую зону и может перемещаться в пределах рабочего поля с помощью плоского
105 H 15 16 17
Рис. 43. Голографический интерферометр фазовых объектов на основе
двух сферических зеркал
зеркала 3, расположенного вблизи фокальной плоскости; сферического зеркала 7. Разность хода в ветвях интерферометра, возникающая при перемещении опорного пучка*, компенсируется путем подвижек зеркал 5 и 6 в направлении геометрической оси объектного светового пучка. Опорный пучок системой зеркал 2, 7, 8 направляется на коллиматор" 9, 12 и плоская опорная волна, отражаясь от зеркал 10 и 76, попадает на фотопластинку.
Как видно из рис. 43, объектный и опорный пучки в голографическом интерферометре совмещены, что су--щественно упрощает конструкцию такого типа приборов* Отпадает необходимость установки значительного числа оптических элементов опорной ветви вне исследуемой зоны. Кроме того, поскольку оба пучка проходят через одни и те же основные оптические элементы, значительно выше и виброустойчивость такого интерферометра.
Рассмотрим принципы работы голографического интерферометра фазовых объектов на примере метода' голографической интерферометрии двух ЭКСПОЗИЦИЙ, XOTtfl в этом приборе можно применять и другие известные^ методы (например, метод реального времени). Основы^ метода двух экспозиций и возможности его практического применения были рассмотрены в гл. 1. Голографическая! интерферометрия фазовых объектов отличается следую-, щими особенностями. Во время первой экспозиции фото-* пластинка в голографическом интерферометре освещаете опорной и объектной волнами при отсутствии в рабоче
