Файл: Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 65
Скачиваний: 0
Использование голографической информации 111
плоскостью. Основное преимущество этой техники состоит в том,
что |
можно обойтись без лазера: как при регистрации голограммы, |
||
так |
|
и при |
реконструкции источником служит ртутная лампа |
(фиг. |
64). Д л я |
сравнительно медленно движущихся объектов мож |
|
но использовать лазер с непрерывным излучением, модулированный более низкими частотами (например, около сотни герц), хотя энер гия, которой мы тогда будем располагать при каждой экспозиции, невелика.
Несмотря на сложность голографической кинематографии, мно гие лаборатории крупных фирм у ж е сейчас пытаются найти ей практические применения. Такими применениями могут быть ис следование динамики частиц тумана или аэрозоля под микроскопом,, определение их размеров, миграция некоторых видов тропических рыб, перемещение планктона, а т а к ж е . . . создание трехмерных мультфильмов.
Кроме того, было сконструировано несколько модельных ус тановок, в частности для тренировки пилотов на приземление в отсутствие видимости или д л я наблюдения за изменением карт гидро графического рельефа. Трехмерное восстановление непрерывного изменения изображения пейзажа при приближении к нему исполь
зует те |
ж е принципы |
динамической |
голографии. |
|
IV. Передача |
зарегистрированной |
на голограмме |
|
трехмерной информации с помощью |
радиоэлектрической |
|
|
или телевизионной |
цепи |
|
Сама идея голографии предполагает, что интерференционная |
|||
картина, |
образующаяся |
в результате |
суперпозиции информации |
с несущей волной, д о л ж н а быть зарегистрирована фотографически.
В действительности можно заменить пленку или пластинку другим \ квадратичным приемником, например фотокатодом телекамеры или усилителем яркости. Распределение освещенности затем пере дается по соответствующему каналу на экран электронно-лучевой трубки. Переведя его на язык радиоэлектрических сигналов, мы получаем возможность манипулировать с ним как с обычными видеосигналами (записать, если угодно, на магнитную ленту). На другом конце цепи мы должны получить трехмерную (или фа зовую и амплитудную) информацию, которая обычно регистрирует ся на классической голограмме. Эта цепь, с точностью до коэффи
циента |
передачи, |
который |
учитывает искажения амплитуды и |
|
фазы, |
действует |
в функции |
от передаваемой |
пространственной |
частоты. В частности, полоса |
пропускания цепи |
должна позволить |
||
интерференционным микрополосам достичь экрана, с которого можно было бы у ж е восстанавливать трехмерное изображение. Эксперименты начали проводиться с 1965 г. сначала компанией «Белл телефон» в Соединенных Штатах, затем в СССР. Были еде-
114 Глава 6
частоты могут быть исключены на разных этапах путем фильтрации видеосигналов; наконец, можно кодировать информацию как на
уровне голограммы, так и на |
уровне электронного сигнала. На |
фиг. 65 показана схема такого |
эксперимента. |
Недавние исследования показали также возможность передачи голографической информации от источника небольшой яркости с помощью усилителя яркости. Применение голографии в спектро скопической технике позволяет регистрировать спектры с разре
шением Х/ДХ порядка |
3000 в |
видимом |
свете. |
V. В любом классическом |
эксперименте |
когерентной оптики |
|
можно заменить фотографирование явления |
|||
его |
голографической регистрацией |
||
Фазовые искажения, которые вносятся в когерентную волну, проходящую сквозь прозрачный объект, можно выявить, модифи цируя волну или часть волны, дифрагированной объектом (метод контраста фаз, стриоскопия), или сравнивая эту волну с опорной волной (интерферометрия). Сдвиг фаз возникает за счет неодно-
родностей |
объекта |
(трещины в |
куске |
стекла, турбулентный след |
за телом |
и т. д.), |
которые не |
могут |
быть локализованы сразу в |
трех измерениях указанными способами. Естественно было бы использовать для этого голографию. Если выделить часть коге рентного пучка до его прохождения сквозь объект, то получим опор ный пучок, который при суперпозиции с пучком, прошедшим сквозь объект, даст голограмму, содержащую информацию о координатах
.V, у и г.
С помощью простых изменений можно легко приспособить классические схемы для определения фазовых искажений (опре деление градиентов оптических путей пли собственно сдвига фаз).
Стриоскопия и метод фазового контраста. На фиг. 66, а по казано обнаружение и определение местоположения микровклю чений и градиентов показателя преломления в прозрачных мате риалах на глубине, достигающей нескольких дециметров. Можно различить микронеоднородности порядка сотой доли микрона и вариации показателя преломления порядка нескольких стоты сячных на сантиметр. На фиг. 66, б изображен слой просохшего клея между двумя стеклянными пластинками (последовательное восстановление на черном фоне трех разных плоскостей с помощью одной и той же голограммы). Такая методика используется при исследовании и контроле стекол и кристаллов, в особенности актив ных веществ, используемых в лазерах.
Интерферометрия. Интерферометрия в поляризованном свете позволяет, например, локализовать изоклины и изохромы в сис теме координат X, у и z при освещении объекта диффузно рассеян ным светом (фиг. 67). Можно исследовать восстановленные нзобра-
Использование голографической информации |
117 |
ження процессов, возникающих вследствие вариаций |
показателя |
преломления или двойного лучепреломления. Так, например, можно наблюдать (фиг. 68) случайные поперечные сжатия в ма териале толщиной 20 см и в то же самое время развитие в нем про дольных напряжений.
Замечания. 1. Дифференциальная интерферометрия требует минимального оборудования: так как лазерный пучок линейно поляризован, поляризатор не нужен. Д л я того чтобы получить интерференционную картину, достаточно одной нужным образом
ориентированной призмы |
Волластона. Схема |
установки показана |
|
на фиг. 69, а, голографическая интерферограмма на фиг. |
70. |
||
2. Можно представить |
себе также образец, |
освещенный |
неполя- |
ризованным светом лазера. Если прозрачная среда обладает свой ством двойного лучепреломления, то составляющие Ï И J будут распространяться с разными скоростями. В плоскости голограммы все происходит так, как если бы мы регистрировали одновременно две разные голограммы (соответствующие интерференции состав ляющих л: и у с опорной волной). Этот очень элегантный метод может заменить голографическую интерферометрию с двойной экспози цией, речь о которой пойдет ниже.
Таким образом, результаты исследования явлений могут быть зарегистрированы на голограмме, а затем восстановлены в трех из мерениях и изучены отдельно от самих явлений. Посмотрим теперь, как, с другой стороны, применить те ж е самые методы к восстанов ленному голографическому изображению некоторого объекта.
Операции хіад восстановленной волной
Можно поменять местами роль голографии и других оптических методов. Такой подход, т. е. использование a posteriori восстанов ленной волны, которую можно считать фазовым объектом, откры вает чрезвычайно интересные перспективы, особенно при исследо вании нестабильных или быстропротекающих процессов. Действи тельно, запоминание точного и не изменяющегося во времени «слеп ка» трехмерного объекта позволяет применить д л я анализа восста новленной волны все возможные средства и получить максимум информации о «стабилизированном» таким образом объекте. Можно даже использовать эту волну в качестве опорной, чтобы исследо вать дальнейшее поведение объекта. Детальная разработка этих возможностей кажется, таким образом, вполне оправданной.
Теневой метод
Как видно из названия, этот метод сводится к наблюдению эк рана, который помещен «в тени» прозрачного объекта, освещенного точечным источником. Хотя теневой метод дает довольно сложную
Использование голографическои информации 119
функцию второй производной от оптического пути, его часто ис пользуют, применяя при этом очень простую схему (фиг. 71). В этом случае достаточно запечатлеть на фотопластинке несфокусиро- ! ванное изображение объекта. Чувствительность метода зависит от степени его расфокусировки. Заменяя такую фотографию голограм мой, экспериментатор может при восстановлении менять фокуси ровку, чтобы рассматривать различные части объекта (фиг. 72).
Стриоскопия и производные от нее методы
Так называют ряд методов, сводящихся к воздействию на волну, которая, пройдя сквозь изучаемый объект, сходится на изображении источника освещения. Такое воздействие осуществляется с помощью фильтра-, расположенного там же, где изображение источника-, или
близко от него. Это может быть непрозрачный |
экран', который |
|||
полностью закрывает источник |
(стриоскопия), |
или. экран (нож)., |
||
пропускающий только часть света (метод Фуко), |
или |
любой дру |
||
гой элемент, способный изменять фазу,, ослаблять |
или |
задерживать |
||
частично или полностью волну, прошедшую сквозь объект. |
||||
Эти методы позволяют |
представить к а к фазовые градиенты, так |
|||
и микронеоднородности |
волны |
в виде изменений освещенности. |
||
Применение этих методов к исследованию когерентного ; гологра фического изображения ставит чрезвычайно трудные Проблемы: на паразитные эффекты стриоскопии при лазерном (слишком коге
рентном!) |
освещении |
накладывается |
влияние |
неоднородностей |
дефектов |
поверхности |
желатина и |
подложки |
фотопластинки |
(фиг. 73 |
и 74). |
|
|
|
Как избежать этих трудностей? При восстановлении; в белом свете плоского пли приблизительно плоского объекта необходимо, чтобы объект был сопряжен с голограммой (достаточно того, чтобы изображение объекта образовывалось на голограмме). Так к а к изоб ражение точки-источника не ахроматично, нужно следить за тем, чтобы экран был параллелен спектру изображения. При Когерент ном освещении возможна стриоскопия с вычитанием амплитуды: фильтрация изображения источника полуплоскостью, изменяющей фазу на я (фиг. 75), устраняет паразитное рассеяние. Наряду с поло жительными пространственными частотами объекта появятся его
•«отрицательные» частоты. Поле изображений будет черным, светлые зоны будут соответствовать относительным изменениям, оптичес
кого пути. Преднамеренная расфокусировка полоски-фильтра вы-
>зывает появление на изображении черной полосы, деформация ко торой пропорциональна градиенту фаз, вносимому объектом. Таким
образом, получаем простой метод для прецизионных |
измерений |
(фиг. 76). |
. . . |