ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 145
Скачиваний: 0
10 |
Предисловие редактора перевода |
ров, теодолитов, визиров и их многочисленных примене ниях в народном хозяйстве и строительстве.
Приложение 2 «Применение лазеров в оптической доп плеровской локации» посвящено описанию весьма распро страненных в настоящее время методов бесконтактных ло кальных измерений скоростей различных объектов.
Вприложении 3 «Современное состояние лазерной тех нологии» изложены последние достижения в обработке материалов лазерным лучом и сообщаются сведения об отечественных промышленных разработках.
Вприложении 4 представлены теория и практические результаты по газолазерной резке. Необходимость в этом материале возникла в связи с тем, что появление мощных
непрерывных С02-лазеров позволило осуществить весь ма важный для многих отраслей промышленности энерго емкий процесс автоматического раскроя листовых материа лов. Такое дополнение книги, несомненно, сделает ее более современной и расширит круг ее читателей.
|
|
|
В. |
П. |
Тычинский |
|
|
ЛИТЕРАТУРА |
|
|
|
1. |
«Лазеры высокой энергии и возможность |
их использования |
|||
|
для создания термического оружия»,— «Радиоэлектроника за |
||||
|
рубежом», 1972, № 46, стр. 11. |
|
|
||
2. |
Басов Н. Г., Беленое Э. М., Маркин Е. П., Ораевский А. Н., |
||||
|
Панкратов А. В .— «ЖЭТФ», 1973, т. 64, № 2, стр. 485. |
||||
3. |
„Electronic Design” , 1972, v. 25, № 12, p. 20. |
|
|||
4. |
„Electronic Design” , 1973, v. 26, № 4, p. 25. |
|
|||
5. |
„Laser Focus” , |
1963, v. 8, № |
1, p. 30; v. 9, № 4, p. |
12. |
|
6. |
Бломберген H. |
Нелинейная |
оптика, изд-во |
«Мир», |
1966. |
7.Ахманов С. А., Хохлов Р. В. Проблемы нелинейной оптики, изд-во АН СССР, 1965.
8. |
„A viation Week and |
Space |
Techn.” , |
1972, v. 96, № 5, p. 11. |
|
9. |
Крохин О. H. — «Вестник АН СССР», |
1972, № 10, стр. 93. |
|||
10. |
Mayer S. W., Kwok |
M. A., |
Gross |
R. |
W. F., Spencer D. J .— |
|
„A ppl. Phys. L ett.” , |
1970, v. 17, |
№ 12, p. 516. |
||
11. |
„Laser Focus” , 1971, v. 7, № 6, p. 18. |
||||
12. |
„Computer W eekly” , |
1972, |
№ 307, p. |
3. |
|
13. |
„Electronic Design” , 1972, v. 20, № 24, p. 26. |
||||
14. |
Клименко И. С., Скроцкий |
Г. В .— «УФН», 1973, т. 108, № 2, |
|||
|
стр. 269. |
|
|
|
|
15.Франсон М. Голография, изд-во «Мир», 1972.
16.Пратт В. К. Лазерные системы связи, изд-во «Мир», 1972.
Предисловие редактора перевода |
11 |
17.Росс М. Лазерные приемники, изд-во «Мир», 1969.
18.Изнар А. Н., Федоров Б. Ф. Оптические квантовые приборы в военной технике, изд-во «Советское радио», 1964.
19.Богданов А. Д . Гироскопы на лазерах, Воениздат МО СССР, 1973.
20.Стельмах М. Ф., Чельный А. А.— «Лазерная технология», БСЭ, т. 13.
21. Тычинский |
В. П.— «Электронная техника», 1971, серия 1, |
вып. 1, стр. |
52. |
22.Шелепина Р. В., Магдич А. Б.— «Зарубежная электронная техника», 1972, № 10, стр. 3.
23. |
Девяткин И. И., Парилов В. А., |
Федоров А. С. Сб. «Применение |
||||
, газовых |
лазеров в геодезии», |
ЦНИИ |
«Электроника», |
1972, |
||
|
вып. |
1. |
|
|
|
|
24. |
Coffey |
D. |
W .— „Аррі. Optics” , |
1972, |
v. 11, № 5, p. |
1013. |
25.Сидорин Ю., Дьякова Ю.— «Зарубежная электронная техника», 1972, № 20, стр. 1.
26. |
«Радиоэлектроника за рубежом», 1972, № 50, стр. 6. |
27. |
«Действие лазерного излучения». Сб. под ред. Райзера Ю. П ., |
|
изд-во «Мир», 1968. |
28.“ Microwaves” , 1972, ѵ. 10, № 10, р. 14.
29.«Радиоэлектроника за рубежом», 1972, № 28, стр. 17.
30.Сидорин Ю., Дьякова Ю.— «Зарубежная электронная техника», 1973, № 9, стр. 44.
31.Чернобровкин Г. А., Магдич А. Б. — «Зарубежная электронная техника», 1972, № 20.
32. Winzer G., |
Donklias N.— “ Optics and Laser Techn.” , 1972, |
V. 4, № 5, |
p. 222. |
33. “ Laser Focus” , 1973, v. 9, № 4, p. 24.
34.«Квантовая радиотехника» (экспресс-информация), 1972, № 29, реф. 144.
35. |
Ринкевичюс Б. С., Смирнов В. И .— «УФН», |
1973, |
т. 112, № 1. |
||
36. |
«Радиоэлектроника за рубежом», |
1970, № 43, стр. 3. |
|||
37. |
“ Optical Spectra” , 1972, v. 6, № |
10, p. |
52. |
|
|
.38. |
«Зарубежная радиоэлектроника», |
1973, |
№ 3, |
стр. |
24. |
39.«Контрольно-измерительная техника» (экспресс-информация), 1973, № 11. реф. 66. -
40. “ Optical Spectra” , 1972, v. 6, № 9, p. 10.
41.Wolbarsht M. L. Laser Applications in Medicine and Biology, New York, Plenum Press, 1971.
42.Краснов M.— «Наука и жизнь», 1973, № 5, стр. 30.
ПРИМЕНЕНИЕ ГОЛОГРАФИИ
Ерайен Дж. Томпсон1*
1. ВВЕДЕНИЕ
Изобретение голографии Габором связано с вполне конкретным применением — электронной микроскопией. В конце 40-х годов разрешение электронных микроскопов, ограничиваемое аберрациями электронной оптики, сос тавляло ~ 5 А. Метод компенсации искажений, вносимых электронной оптикой, предложил Габор в 1948 г. в корот кой статье, содержавшей по существу основные положения голографии [34]. Этот метод подробно рассмотрен в его работах [35, 36]. Метод представляет собой когерентный двухступенчатый процесс формирования изображения, в котором осуществляется регистрация картины интерферен ции излучения, дифрагированного исследуемым объектом, и когерентного фона прямо прошедшего излучения (или опорной волны). Зарегистрированное распределение интен
сивности интерференционной картины называется голо граммой.
Голограмма обладает следующим важным свойством: при ее освещении когерентным излучением восстанавли вается волновой фронт, образовавший голограмму, и таким образом можно получить изображение исходного объекта. Габор предлагал регистрировать голограмму с помощью электронного пучка, а для получения изображения осве щать ее затем световым пучком. Чтобы восстановленное изображение не имело искажений, световой пучок должен иметь те же аберрации, что и исходный электронный пу чок. В экспериментах образец освещали электронным пуч ком и регистрировали на фотопластине интерференцию дифрагированных электронов и прошедшей через образец
•) Brian J. Thompson, The Institute of Optics, University of Rochester, Rochester, New York.
14 Брайен Дж. Томпсон
недифрагированной части пучка. Перед восстановлением изображения в свете голограмму увеличивали в число раз, равное отношению длин волн оптического и электронного пучков, после чего голограмму освещали оптическим пуч ком, аберрации которого в то же число раз превышали величину аберраций электронного пучка.
Несмотря на значительные усилия ряда исследователей [42—44], это применение голографии не получило распро странения, а ожидаемое разрешение, равное 1 Â, так и не было достигнуто. Интересно отметить, что работы по го лографической электронной микроскопии снова возобнов лены [135]. Основным препятствием на пути практической реализации голографии на первом этапе явилось присут ствие двух изображений при освещении голограммы: при наблюдении одного из изображений второе создавало в плоскости наблюдения когерентный расфокусированный фон. Значительное число первых работ по голографии было посвящено проблеме устранения нежелательного второго изображения [11, 30, 36]. Другие трудности были связаны с необходимостью высокого разрешения фотопленки и с требованием устранения воздействия вибраций.
По существу история голографии восходит к еще более раннему периоду. Особый интерес в этом плане представ ляет эксперимент Майкельсона в 1927 г. по получению изображения щели из ее картины фраунгоферовой дифрак ции, записанной на фотопластине [90]. Дополнительный оптический элемент создавал в этом эксперименте требуе мое распределение фазы излучения.
Брэгговская рентгеновская микроскопия является дру гим примером когерентного двухступенчатого процесса получения изображений, примененного к центросимметрич ным кристаллическим структурам, для которых дифрак ционная картина полностью «действительная» (не содер жит переменного фазового множителя в плоскости реги страции). Позже эта техника была распространена и на нецентросимметричные структуры [15, 49, 50]. Довольно быстро было установлено, что проблемы рентгеновской дифракционной микроскопии аналогичны проблемам элек тронных дифракционных методов, и рентгеновская голо графия весьма рано стала предметом серьезного изуче ния [7, 8, 30, 43]. Здесь также не удалось достигнуть суще
Применение голографии |
15 |
ственного прогресса, хотя работы полностью не прекращены
1134].
Неудачи первых применений, безусловно, привели к замедлению технического прогресса в области гологра
фии, |
однако в ряде лабораторий продолжались работы |
по |
углубленному изучению свойств этой новой тех |
ники. |
|
Современный прогресс в голографических исследованиях и разработках начался с работ Лейта и Упатника, предло живших схему голографической записи с внеосевым опорным пучком [71], что позволило устранить перекрытие двух изображений. Они же продемонстрировали большие воз можности газовых лазеров в голографии [72]. Почти одно временно в голографии был использован импульсный ла зер и предложен метод измерения размеров малых частиц путем регистрации голограммы в дальнем поле рассеян ного излучения [94, 120—122, 133, 132]. Одной из особен ностей этого метода является решение проблемы разделе ния изображений. Дальнейшее развитие этих разработок превратило голографию в одну из наиболее перспективных областей оптики и квантовой электроники.
За 22 года с момента изобретения голографии написано около 800 статей (500 авторов). В отношении принципов голографии в настоящее время достигнут достаточно высо кий уровень понимания; их подробное изложение можно найти в ряде монографий [27, 59, 106, 113]. Проведено несколько конференций по голографии, материалы кото рых представляют весьма полную картину состояния голографической техники (Семинар Общества инженеров по фотографической и оптической технике в 1968 г.; Конфе ренция по инженерным применениям голографии в 1968 г. и др.). В настоящее время составлен ряд библиографичес ких указателей по вопросам голографии [2, 22, 23, 56, 68]
и, наконец, сделаны попытки критического анализа лите ратуры [126—128]*,
Данный обзор посвящен применениям голографии. В разд. 2 дано разъяснение терминологии и обозначений, необходимых для понимания излагаемого материала. Оно
1 Дополнительная литература на русском языке приведена в кон це статьи. — Прим. ред.
16 Брайен Дж. Томпсон
не претендует на глубокое рассмотрение принципов и тех ники различных голографических методов.
Собственно применениям голографии посвящены разд. 3—5. В разд. 3 рассмотрены применения, в которых голограммы используются для получения изображений объектов. При этом следует указать, что замена обычных методов голографическими целесообразна тогда, когда по каким-либо причинам обычные когерентные и некогерент ные методы получения изображений неудовлетворительны, а голографические методы позволяют получить скольконибудь существенный выигрыш, т. е. если упрощается получение изображения или улучшается его качество. В ряде случаев голография представляет единственно воз можный способ получения изображений. К числу таких применений относятся: измерение размеров частиц [125], голографическая микроскопия [145], фотографирование различных быстропротекающих процессов (особенно га зовых потоков), запись и считывание данных, устройства отображения, получение изображений в искажающей среде,
акустическая |
и другая неоптическая голография [86]. |
В разд. 4 |
рассмотрены применения, в которых восста |
новленное изображение не представляет непосредственного интереса. Одним из наиболее характерных применений этого типа является голографическая интерферометрия и ее использование для неразрушающих методов контроля изделий. В основном методе голографической интерферо метрии сначала записывается голограмма объекта, а затем наблюдается интерференция изображения, восстанавли ваемого голограммой, с когерентно освещенным объектом или с его изображением, восстановленным из второй голо граммы. В другом методе, применяемом для изучения виб раций объектов, используется регистрация голограммы с усреднением во времени. Краткий, но интересный обзор по этим методам сделан Пауэллом [97], одним из пионеров в этой области голографии, хотя со времени написания об зора область применения интерферометрии значительно расширилась. В этом же разделе рассмотрена независимым образом разработанная голографическая интерференцион ная микроскопия, использующая аналогичные принципы
[108].
Разд. 5 посвящен применениям, в которых голограмма
Применение голографии |
17 |
используется в качестве оптического элемента. Показано, что можно изготавливать высококачественные специальные дифракционные решетки. Особое внимание уделено при менению голографических фильтров для когерентной опти ческой обработки информации.
2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ГОЛОГРАФИИ
В данном обзоре принята следующая схема классифи кации голографических методов. Во-первых, выделяются две большие основные категории методов. К первой кате гории относится голография в соосных пучках, т. е. голографические схемы регистрации, использующие когерент ный опорный луч (обычно образуемый частью излучения, прошедшей через объект без рассеяния), коаксиальный с рассеянным излучением. Ко второй, более важной катего рии относятся голографические методы, использующие самостоятельный опорный луч, падающий на голограмму под углом к рассеянному излучению. Во-вторых, методы в обеих больших категориях подразделяются согласно гео метрии дифракции на голограммы, полученные в зоне фре нелевской дифракции (голограммы Френеля), и на голо граммы, полученные в области дальнего поля (голограммы Фраунгофера). К последнему типу примыкают голограм мы Фурье, которые получаются при записи картины интер ференции опорного пучка и поля дифракции Фраунгофера, формируемого с помощью линзы. Выделяются также голо граммы сфокусированных изображений, получаемые за писью интерференционной картины когерентного изобра жения и опорного пучка.
Возможна дополнительная классификация методов по типу используемого опорного пучка, например методы, ис пользующие опорный пучок с плоским фронтом, и методы, использующие опорный пучок со сферическим фронтом. Предлагаемая схема классификации, хотя и может встре тить некоторые возражения, вполне удовлетворительна для объяснения терминологии и рассмотрения применений голографии.
Таким образом, голограмма представляет собой запись интерференционной картины регистрируемого оптичес кого поля и известного когерентного опорного поля. Пос-
I Гос. публична*
! иIV' чно-тэхничттушіп ! библиотека ОООР
ЕКЭ£«ПЛЯ1*
18 |
Брайен Дж. Томпсон |
кольку все приемники оптического излучения регистри руют интенсивность, то на голограмме фиксируется распре деление интенсивности интерференционной картины. При этом под интенсивностью подразумевается произведение амплитуды оптического поля на комплексно сопряженную величину, усредненное за период времени, намного пре вышающий период осцилляций оптического поля. Можно определить «мгновенную» интенсивность I (х, t) как ве личину, равную V(x, t) V*{x, t), где V(x, t) — комплексная амплитуда оптического поля. Тогда наблюдаемая интен сивность равна
/(*) = </ (*, t)) = {V(x, t)V*(x,t)), О)
где скобки обозначают усреднение по времени.
При сложении двух оптических полей Кі(х, t) и F2(x, f)
получаем результирующую |
интенсивность |
|
|
/ (X) = (Vx (X, |
t) V\ (X, |
/)> + <V2 (X, t) V'2(X, t)) + |
|
+ (Vj (*, t) |
(X, 0) + (W (X, t) Vz (X, /)>. |
(2) |
|
Первые два слагаемых представляют собой интенсив
ности каждого из полей /і(х) и / 2(х), |
а два других — функ |
|||
ции |
взаимной корреляции |
двух |
полей, |
взятых в |
двух различных точках в одно |
и то же время. |
Величина |
||
этих последних слагаемых определяется взаимной коге рентностью полей. Если поля взаимно некогерентны, то они оба обращаются в нуль при усреднении по времени и полученная запись интенсивности суммарного поля не образует голограммы.
В идеальном случае два оптических поля складываются когерентно и создают интерференционную картину. Пред положим, что оптическое поле изменяется во времени по
гармоническому |
закону |
|
|
V (х, t) — ф (х) ехр [— 2щ'ѵt ], |
(3 ) |
||
где V— частота |
волны, |
ф(х) — функция координат, |
т. е. |
|
ф (х) = |
а (х) ехр [іф (х)], |
(4) |