Файл: Применения лазеров..pdf

62 Брайен Дж. Томпсон

или внутри жидкости (по поверхности заданной формы) с помощью пьезоэлектрических датчиков. На больших дли­ нах волн можно использовать метод сканирования в воз­ духе. К сожалению, метод требует много времени на запись голограммы, однако здесь можно ожидать значительного прогресса после разработки больших усовершенствован­ ных матриц приемников.

Электрический сигнал на выходе микрофона имеет ту же частоту и фазу, что и звуковая волна. Поэтому голо­ грамму можно получить электронными средствами, сме­ шивая выходной сигнал микрофона с электрическим сиг­ налом некоторой заданной формы, выполняющим роль опорной волны. Метод позволяет регистрировать в голо­ грамме распределение комплексной амплитуды или же только распределение фазы.

Акустическая голография может найти применение в неразрушающих методах контроля изделий, в медицин­ ской диагностике, безвредной для пациента, в океанологии, однако ее конкретные возможности в этих областях еще требуют дополнительного изучения.

Большое внимание привлек и другой вид неоптической голографии, в котором запись голограммы производится с помощью СВЧ-излучения, а изображение формируется в оптическом диапазоне [29, 112].

Целый ряд современных методов когерентной радиоло­ кации базируется по существу на голографических прин­ ципах. Однако этот факт не был осознан в должной мере при их разработке. Так, локаторы с синтезированной апер­ турой были разработаны и успешно использовались, хотя никто не рассматривал их как голографическую систему.

(Лейт в статье 1970 г. так описал основные этапы созда­ ния этих систем: «Концепция антенны с синтезированной апертурой принадлежит К. Уилеру из фирмы Goodyear Aircraft и группе К. Шверина из Университета Иллиной­ са (1951 г.), пришедшим к ней независимо. В 50-х годах были сконструированы и испытаны различные антенные системы с синтезированной апертурой, включая весьма сложную систему группы Л. Дж. Кутроны из Мичиган­ ского университета».)

В то же время при ретроспективном рассмотрении прин­ цип работы таких локаторов явно подобен голографичес­

кому формированию изображений. При движении локатора вместе с самолетом относительно земли эхо-сигналы полу­ чают допплеровский сдвиг частоты, который меняется при изменении относительного положения самолета и объектов. Эхо-сигнал точечного объекта при этом имеет форму клас­ сической зонной пластинки. Голографическую интерпре­ тацию могут получить и другие локационные системы этого типа, в частности РЛС со сжатием импульса и фазирован­ ные антенные решетки.

В данном обзоре это направление голографии не рас­ сматривается подробнее ввиду его специфичности. Обзоры на эту тему можно найти в работах [37, 70]. Диапазон при­ менений этого метода, по-видимому, в известной степени ограничен.

4. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ГОЛОГРАФИИ

Не удивительно, что в первых применениях голографии были использованы ее особенности в формировании изо­ бражений. Однако наибольший успех ожидал голографию при использовании методов голографической регистрации в ряде применений, которые не связаны с получением изо­ бражений и для которых с первого взгляда полезность голографии не была очевидной. Этим применениям и посвя­ щен данный раздел. Из всех голографических примене­ ний, рассмотренных к настоящему времени в литературе, наиболее значительным, безусловно, является интерферо­ метрия, а ее вклад в развитие техники будет наиболее раз­ носторонним.

4 .1. Интерферометрия

Открытие и разработка голографической интерферомет­ рии были естественным и практически одновременно полу­ ченным итогом работ, проводимых несколькими группами исследователей в области голографии и связанной с ней лазерной технологии. В 1965 г. по крайней мере шесть различных и независимых исследований привели к одному и тому же общему результату [12, 16, 17, 25, 45,53, 98]. После 1965 г. появилось большое число публикаций [5,

три взаимосвязанных метода: голографическая интерферо­

на объект. Затем объект смещается или деформируется, в результате чего образуется картина интерференции между реальным объектом и его изображением. Вид интерфе­ ренционной картины, определяется изменениями, которым подвергся объект. Пусть голограмма записана излучением, рассеянным объектом аі(х)ехр [іф(х)\ и плоской волной a2exp(t£x sin а], падающей под углом а. Согласно урав­ нению (10), интенсивность регистрируемого поля в плос­ кости голограммы равна

I (х) = а\ (х)+ at -f а2аг (х) {ехр [іф (х) —

После проявления голограмма помещается на прежнее место и освещается волной, которая представляет собой сумму волны, рассеянной объектом, и опорного пучка пер­ воначальной формы. Если изменение, происшедшее с объ­ ектом, нецелико, то амплитуда рассеянного им излучения остается практически той же, фаза же меняется. Поэтому новую объектную волну можно записать в виде ßi(x) х Хехр[іѲ(х)1. Результирующая волна ф(х) имеет вид

ф(х) = а? (х) ехр [іВ(х)] + at (х) а\ехр [іВ(х)] +

+а2а\ (х) ехр [і (ф (х) — Ѳ(х) — kx sin а)] +

+а2а\ (х) ехр [— і (ф(х) — Ѳ(х) — kx sin а)] +

Ф и г . 28. Интерференционная картина механически деформиро­ ванной лопатки турбины.

Использование метода для решения прикладных задач, в частности для исследования деталей и конструкций, под­ вергнутых деформации и смещению, и для определения де­ формаций сетки мишени суперортиконов, рассмотрено в работах [46, 47]. Проведен анализ влияния различных де­ формаций, вращений и перемещений на интерференцион­ ную картину.

На фиг. 27, приведена схема регистрации голограмм, обычная для голографической интерферометрии. Она ис­ пользована в работе [1] для изучения деформации лопаток турбин. Интерференционная картина лопатки, подвергну­ той деформации, демонстрируется на фиг. 28.

Одной из основных'проблем метода, а также и гологра­ фической интерферометрии вообще является правильная и точная интерпретация полученной интерференционной кар­ тины. Этому вопросу посвящено большое число теоретичес­ ких исследований (например, работы [14, 46, 47]), однако бн еще далек от полного решения.

4.1.2. Голографическая интерферометрия с двукратной экспозицией

Аналогом описанного выше метода служит запись нес­ кольких голограмм исследуемого объекта в различные мо­ менты времени. Такой процесс представляет некоторые преимущества перед голографической интерферометрией

соднократной экспозицией, особенно в изучении явлений, изменяющихся во времени. Большое распространение по­ лучили работы по импульсной голографической интерферо­ метрии с двукратной экспозицией [51]. Теоретические ос­ новы метода мало отличаются от теории интерферометрии

соднократной экспозицией: получаемая интерференционная

картина определяется различием фаз волн, рассеянных объ­ ектом в двух положениях. Схема регистрации подобна схеме на фиг. 27.

Возможности применения двухэкспозиционной голо-' графической интерферометрии изучались многими исследо-- вателями. В работе [55] рассмотрено исследование датчиков’ давления мембранного типа. При этом регистрируются две голограммы датчика — при наличии и в отсутствие дав-: ления. Смещение мембраны при изменении давления про-; исходит перпендикулярно поверхности голограммы. На фиг. 29 приведена интерферограмма датчика (диаметр 2,5 см) с плохим качеством соединения элементов. Расстоя­ ние между полосами примерно 0,16 см.

Группа специалистов фирмы GCO Іпс. изучала приме­ нение метода для обнаружения мест плохой склейки в слоистых структурах типа металл—резина. Голограммы сло-

3*

истых панелей регистрировались при пониженном и атмос­ ферном давлении. На фиг. 30 представлена типичная голографическая интерферограмма панели. Места отслаивания проявляются в виде концентрически расположенных полос. В этой же фирме создана и применена установка одновремен­ ного контроля бортов и протектора автомобильных пок­ рышек. На фиг. 31 приведена голографическая интерферо­ грамма четырехслойного корда автопокрышки 8,25 X 14. Первая голограмма записана с ненадутой шиной, а вторая после того, как шину накачали до давления ~20 атм. Интерференционная картина явно указывает на расслоение в двух местах покрышки (верхний левый угол и центр фотографии). Широкие редкие полосы на картине обус­ ловлены общим изменением размеров под давлением.