Фоторефрактивные кристаллы в когерентной оптике - Петров М.П.
Скачать (прямая ссылка):
217
I
Рис. 9.5. Схема непрерывного восстановления интерферограммы с усреднением во> времени, основанная на дифракции с поворотом плоскости поляризации [9.14] (а), и примеры интерферограмм вибрирующих мембран, полученных А. А. Камшилиным с сотрудниками в этой схеме (б, в).
/ — вибрирующий объект; 2 — образец кубического ФРК; 3 — поляроид, ориентированный, иа погашение поляризации считывающего света; 4 — внднкон; 5 — монитор.
метр для контроля фазовой однородности прозрачных объектов» обладающий повышенной чувствительностью и основанный на сравнении прошедшей через объект волны и ее комплексно-сопряженной реплики, описан [9.17]. Результаты по подавлению спеклшумов на основе некогерентного накопления в выходной плоскости большого числа интерферограмм, записываемых последовательно в кристалле BSO с использованием изменяющейся во времени случайной фазовой маски, приведены в работе [9.18].
9.2. Адаптивные интерферометры на основе ФРК
Строго говоря, термин «адаптивная» в определенном смысле может применяться и к обычной голографической интерферометрии, основанной на использовании стандартных нединамических фоточув-ствительных сред, например обычных фотоматериалов. Действи-
218
тельно, она позволяет скомпенсировать сложный рельеф тестируемого объекта (т. е. адаптироваться к нему) и получать информацию исключительно о происшедших с ним изменениях. В данном же разделе мы будем иметь дело с непрерывной адаптацией к относительно медленным изменениям формы волнового фронта. Как будет показано ниже, это необходимо для оптимальной регистрации быстрых его колебаний. Таким образом, ожидаемые применения подобной методики лежат в области виброметрии, интерферометрических датчиков быстро изменяющихся во времени или колебательных процессов и т. д.
Появление этого важнейшего направления голографической интерферометрии практически полностью связано с разработкой и внедрением высокочувствительных ФРК- Ниже при рассмотрении физических основ явления мы ограничимся анализом случая фазовой динамической решетки, имея в виду, что исходные результаты могут быть получены также и на амплитудных динамических голограммах.
9.2.1. Эффект энергообмена фазомодулированных световых пучков
Пусть образец ФРК освещается интерференционной картиной двух пересекающихся плоских когерентных световых пучков одинаковой интенсивности, один из которых промодулирован по фазе с некоторой частотой Q (рис. 9.6, а):
I (х, t) = /„ [1 + cos (Кх 4- б cos Ш)]> (9.4)
где б — амплитуда колебаний. В случае, если частота колебаний гораздо больше обратного характерного времени формирования голограммы в ФРК при данных условиях его освещения (й > tsc). голограмма не успевает «отслеживать» перемещения интерференционной картины. Ее амплитуда определяется средним эффективным контрастом (9.3) и равна
Де® (6) = /0 (6) I Ae“t| exp (icp)(9.5)
Здесь | Ае“ | и <p — стационарные значения амплитуды и фазового сдвига голограммы, записываемой в ФРК неподвижной интерференционной картины (б = 0).
Непосредственная подстановка (9.4) и (9.5) в формулу (6.4) описывающую энергообмен интерферирующих световых пучков на заданной согласованной фазовой решетке, приводит к следующей прежней зависимости интенсивности световых пучков на выходе кристалла:
1 ± Jо (6) Я ^8;--------------------— sin (ф + б COS Qt)
tlA
(9.6)
Отметим, что полученная формула не претендует на большую общность, поскольку при ее выводе мы пренебрегли потерями света на поглощение и френелевские отражения, посчитали дифракционную эффективность голограммы малой, а также пренебрегли возможными эффектами стационарного энергообмена между световыми пучками.
219
а
б
ГЯ 3
L ,отн.ед.
/
/
/6
/
-'Г
/
/
-ТУ -0—0—
/
/
/
/
_L
0.1 . 1 10 ' 100 Q/Zrt/u,
Рис. 9.6. Адаптивный интерферометр на основе ФРК (а) и его передаточная характеристика (т. е. зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты модуляции
F = 0/2я) (б).
а: 1 — элемент, в котором осуществляется фазовая модуляция сигнального пучка; 2 — образец ФРК; 3 — фотодетектор, преобразующий модуляцию интенсивности светового пучка в электрический сигнал U®. б — BSO, А, — 633 нм, /0 =» 1 мВт.мм-2, Л 100 мкм, ?0 =•
= 12 см-1.
Тем не менее она отражает основной эффект, заключающийся в преобразовании исходной фазовой модуляции одного из световых пучков на входе ФРК в амплитудную на его выходе.
В случае малых амплитуд колебания (б 1) соотношение (9.6) приводит к следующему выражению для амплитуды первой гармоники колебаний интенсивности:
I
/„ „ л | Де“ | d ± —6 пХ-------------------C0S(P'
(9.7)
Таким образом, для оптимальных условий работы схемы в режиме линейного преобразования фаза—амплитуда необходима фазовая решетка несмещенного типа (ср = 0, ±л), которая, в частности, достаточно просто может быть реализована в ФРК при дрейфовой записи голограммы. Отметим, что при смещенном типе фазовой решетки (ф = ±я/2) данная схема будет работать в режиме квадратичного преобразователя, с максимальной амплитудой второй гармоники на выходе:
/20 ‘S, Я
+
Jo_
2
