Файл: Вьено, Ж. -Ш. Оптическая голография. Развитие и применение.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 54

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Методы, основанные

на оптической голографии

179"

изображение. Напротив, если

использовать синий

свет (4000 Â),

то регистрация стирается. Цикл можно возобновлять столько раз, сколько нужно. Это явление можно использовать в объемном теле­ видении: экран фотокатода с напыленным на него фотохромным. слоем мог бы воспроизводить переданную по проводам голограмму,

а другой

пучок восстанавливать соответствующее изображение.

При использовании фтористого кальция или титаната стронция,

или любых

других фотохромных веществ стирание происходит как.

^Состояние А

0,Ц

0,5

0,6

ты

Валентная зона

Ф и г.

128. Схема

действия

фотохромных фотоматериалов.

Вещество поглощает свет в области

спектра

около 0,4 мкм

(состояние А) н меняет окраску,

т. е. оказывается в состоянии В за счет передачи одного из электронов атома

самария (Sm+ + )'

атому европия (Еч++). Таким образом, мы можем читать с

помощью фотонов

с энергией

стирать запись фотонами Ее и записывать снова фотонами £,• (по 3. Дж . Киссу).

при освещении светом определенной длины волны, так и самопроиз­ вольно по истечении определенного времени. Д а ж е при считывании происходит потеря информации. Емкость кристалла около 107

битов, разрешение 200 штрихов/мм, а энергия

регистрации

несколь­

ко миллиджоулей на 1 см2 .

 

 

 

 

Чувствительность

фотохромных

веществ

выше

довольно слабой

чувствительности

фотоэмульсий,

но ниже,

чем

чувствительность-

термопластиков

(к

сожалению,

старение

полимеров

не поз­

воляет применять их для повторных регистрации, в то время как способность поверхности полимеров деформироваться дает возмож­ ность изготовлять очень точные отпечатки).

В литературе описаны многие другие вещества, которые могут служить голографической средой и обладают в некоторых отно­ шениях превосходными качествами. Так, некоторые ферроэлектрические кристаллы регистрируют от 1500 до 2000 штрих/мм. Одинединственный кристалл ниобата лития может накопить более 1000 голограмм, правда, энергия, которая требуется для этого, достііѵ гает нескольких джоулей на 1 см 2 .

Ѵ . 7 *

184

Глава 8

АКУСТИЧЕСКАЯ ГОЛОГРАФИЯ

Легкость получения когерентных звуковых пучков, естественно, послужила толчком к развитию акустической голографии, схема которой показана на фиг. 133. Так как здесь мы располагаем только линейными детекторами (т. е. чувствительными к амплитуде), развитие акустической голографии сводится к приспособлению

Источник звука

Ф и г. 133. Схема акустической голографии.

Часть пучка от источника звука днфрагирозапа объектом (сигнал), часть (опорный пучок) от­ ражается от зеркала. На позерхно тн жидко тн. в которую погружен объект, образуется си­ стема < тоячих І.ОЛН. Такая фізо ая голограмма может быть (фотографирована с целью после­

дующей оптиче< кой обработки. Непоі ред твенная обработка этой голограммы дает сведения об изменениях, прои ходящих с объектом (голография в реальном времени): достаточно осветить поверхноіть когерентным светом н наблюдать ее непосредственно или снять на кинопленку.

оптической техники к звуковым волнам. Однако ограниченное поле зрения (как угловое, так и по глубине) при образовании и особенно при визуализации акустического изображения, слабое разрешение, причиной которого могут быть как аберрации передающих систем, так и используемые длины волн1 , требуют более совершенных методов исследования и контроля.

Есть более чувствительные способы регистрации

голограмм,

чем способ, изображенный на фиг. 133. Это регистрация

с помощью

1 Ультразвуковая микроскопия использует частоты от 10 до 10 ООО МГц. Область частот, применяющихся в медицине в целях профилактики и ди­ агностики и не оказывающих разрушительного действия на организм, про­ стирается от 100 кГц до 10 МГц; в океанографии используют частоты от 5 до 100 кГц, для разведки полезных ископаемых от 100 Гц до 10 кГц; для пе­ редач на большой глубине применяют частоты меньше 100 Гц.

 

Методы,

основанные на оптической голографии

185

мозаики

детекторов или

сканирование поверхности

голограммы.

Последний

способ

дает

меньшее разрешение, чем

предыдущие.

Обычно отношение длин звуковых и оптических волн больше 500. Интерференционную картину фотографируют на светочув­ ствительную эмульсию. При освещении такого фотоотпечатка лазе­ ром получим изображение очень маленьких размеров. Д л я его на­ блюдения необходимо использовать оптические методы увеличения.

Можно т а к ж е использовать фотоуменьшение.

К сожалению, как

в одном, так и в другом случае незначительность

параллакса умень­

шает рельефность изображения.

 

Названные неудобства не могут свести на нет существенные преимущества акустической голографии. С помощью ультразвуко­ вых волн можно получить изображение объекта, скрытого экраном либо находящегося, например, в сильно возмущенной турбулентнойатмосфере.

При решении этих задач в зависимости от области спектра могут быть использованы детекторы самой различной природы1 .

МИКРОВОЛНОВАЯ ГОЛОГРАФИЯ

Сравнительно недавно начавшееся применение голографии в- сантиметровом и миллиметровом диапазонах электромагнитного спектра представляет определенный интерес. Большое значение имеет высокая монохроматичность и степень пространственной ко­

герентности микроволновых

пучков.

Кроме

того,

с практичес­

кой точки зрения

эта область спектра

располагает

возможностями

решения таких вопросов, в которых

оптика

бессильна, в

част­

ности, например,

изучение

крупного

объекта

непрозрачного

для

видимого излучения и т. д. Эксперименты с радиолокаторами в настоящее время наводят на мысль об использовании голографических методов в области ультравысоких частот, при этом изображения обычно получаются двумерными.

Микроволновая голограмма может быть получена в виде фото­ голограммы, с помощью которой восстанавливают информацию классическим способом. Комплексная интерференционная картина должна быть уменьшена до удобных размеров с учетом соотношения длин волн. Рассмотрим несколько способов получения такой голо­ граммы.

1

Разные классы применяемых в настоящее время приемников

требуют

разных затрат энергии

для регистрации

голограмм: фотографические и хи­

мические приемники

1 Дж/см2 ; термосопротПвлемия, термобатареи

и термо­

пары (как и жидкие кристаллы, меняющие цвет при

поглощении

звуковых

волн,

но неустойчивые

к изменениям температуры) 1 • Ю - 1 Дж/см 2 ,

устрой­

ства,

использующие

пьезооптический

эффект,

требуют

не

более

1 • Ю - 1

мДж/см3 ,

а использующие электрострнкцшо и пьезоэлектрический эф­

фект— не более

] •• Ю - 7 мкДж/см2 .

 

 

 

 

8—144

186

Глава 8

Непосредственное использование сигналов, излучаемых антенной и зарегистрированных на выходе радиоприемника

В результате обзора поля объекта методом сканирования одним приемником или с помощью набора неподвижных приемников, или обоими способами сразу мы получаем последовательность сигналов, которые могут модулировать некоторую опорную частоту. Эта опор­ ная частота либо подается с помощью волны, синхронизованной по частоте с волной объектного пучка, либо вводится искусственно с помощью специальной схемы. Если перевести результат такого гетеродинирования в изменения оптической прозрачности, то получим голограмму. В литературе описаны относительно простые системы, в которых диод осуществляет механическое сканирование микро­ волнового поля: электрические сигналы усиливаются и преоб­ разуются в световые сигналы, которые могут быть засняты на пленку. При уменьшении масштаба таких голограмм в восстановлен­ ном изображении могут появляться паразитные эффекты, обус­ ловленные непериодичностью сканирования. С другой стороны, уменьшение размеров ослабляет эффект объемности изображения при восстановлении.

Аналоговые системы, промежуточная стадия, бинарные голограммы

Предположим теперь, что множество сканирующих датчиков регистрирует потенциалы либо в виде серии осциллограмм, либо в виде таблицы (например, численной), пространственно описываю­ щей поле объекта. С помощью этих данных строят бинарную опти­ ческую голограмму (прозрачность 0 или 1). Матрица элементарных прямоугольных ячеек постоянной ширины позволяет кодировать амплитуду, варьируя высоту прямоугольников. Непосредственный интерес представляет передача микроволновой голограммы на рас­ стояние. Восстановление видимого изображения осуществляется с помощью лазера.

Образование голограммы в среде, чувствительной к микроволнам

Хотя очевидные соображения удобства часто требуют изменения спектрального диапазона на стадии использования восстановлен­ ного изображения, восстановление сантиметровых или миллимет­ ровых волн позволяет избежать нежелательного уменьшения -г размеров изображения (вспомним изображение самолета, наблю­ даемого издали). С другой стороны, применение сверхвысоких частот для исследования в реальном времени имеет некоторые пре-

Методы, основанные на оптической голографии

187

имущества с точки зрения размеров датчиков. На фиг. 134 схема­

тически

показано

получение голограммы на сантиметровых волнах

(X =

2 см). Источником служит

клистрон

KL

с двумя рупорными

антеннами Cs и Сг

в качестве излучателей.

В

плоскости

голограм­

мы H с помощью кристаллического детектора определяют

простран­

ственное

распределение

интен­

 

 

 

 

 

сивности за счет одного опорного

 

 

 

 

 

пучка (излучаемого С,).

Тот ж е

 

 

 

 

 

датчик употребляется

для

иссле­

 

 

 

 

 

дования

плокости

H при

интер­

 

 

 

 

 

ференции

волн Е г

и

2 j ,

когда

 

 

 

 

 

объект у ж е помещен между Cs и

 

 

 

 

 

Н. После

чего определяют вари­

 

 

 

 

 

ации

интенсивности

по отноше­

 

 

 

 

 

нию

к

предыдущему

распреде­

 

 

 

 

 

лению (излучение только Сг) в

 

 

 

 

 

точках

его минимумов. Разность

 

 

 

 

Объект

представляет

собой энергию, ко­

 

 

 

 

торую должен

рассеивать

специ­

 

 

 

 

 

альный диффузор,

чтобы

можно

 

 

 

 

 

было получить желаемое изобра­

 

 

 

 

 

жение при облучении его только

 

 

 

 

 

пучком от Cs.

Такие

диффузоры,

 

 

 

 

 

сделанные из материалов,

погло­

Ф и г.

134.

Голография

в санти­

щающих или рассеивающих энер­

 

метровых

волнах.

гию

микроволн

 

пропорцио­

 

 

 

 

 

нально

 

зарегистрированному

распределению

интенсивности,

располагают на мембране (например, пленке полистирола) с малой диэлектрической проницаемостью (диффузоры представляют собой, например, отражающие листы алюминия или стеклянные плас­ тинки, покрытые адсорбирующим веществом). Эти диффузоры играют такую ж е роль, как элементы фотоголограммы. Если теперь осветить такую систему пучком, излучаемым антенной Cs, то мы сможем наблюдать дифракционную картину, которая образуется при облу­ чении объекта тем ж е пучком.

В большинстве вышеописанных случаев пучки были поляризо­ ваны, а частота излучения составляла порядка 10—20 Ггц. Были проведены т а к ж е эксперименты на длинах волн порядка нескольких сотен микрон (т. е. в области далекого инфракрасного излучения). Регистрация производилась на некотором расстоянии от излучаю­ щих антенн.

Принципы голографической интерферометрии, изложенные в гл. 6, находят сейчас свое применение и в микроволновом диапазоне, в частности для исследования внутренних частей непрозрачных объектов без нарушения их целостности (параллельно с методами акустической голографии). Так был определен по кольцам в се-

Смотрите также файлы