Способ записи двухчастотных голограмм и устройство для его осуществления

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЗАПИСИ ДВУХЧАСТОТНЫХ ГОЛОГРАММ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ записи двухчастотных голограмм, заключающийся в формировании лазерного излучения двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины,отличающийся тем, что частоту 1 излучения первого импульса выбирают в максимуме спектрального контура усиления активной среды лазера, а частоту 2 излучения второго импульса выбирают из условия 21, где- частота гиперзвуковой волны в среде, в которой получают обращенную волну при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна. 2. Устройство записи двухчастотных голограмм, содержащее моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации, оптически связанный со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал,оптически связанный с регистрирующей средой, и объектный канал, оптически связанный с исследуемым объектом,отличающееся тем, что лазер, стабилизирующий частоту излучения в максимуме спектрального контура усиления активной среды лазера, оптически связан со схемой голографирования посредством поляризационного элемента, который, в свою очередь, оптически через первый элемент, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, связан со средой, в которой получают обращенную волну при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна, и через второй элемент, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, с зеркалом, оптически связанным через второй элемент, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, и поляризационный элемент со схемой голографирования. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике регистрации двухчастотных голограмм. Известен способ Козачок А.Г. Голографические методы исследования в экспериментальной механике. М. Машиностроение, 1984. - С. 61-62 записи двухчастотных голограмм, в котором запись двухчастотных голограмм осуществляют излучением лазера, генерирующего одновременно на двух частотах. Устройство Козачок А.Г. Голографические методы исследования в экспериментальной механике. - М. Машиностроение, 1984. - С. 61-62 для реализации известного способа представляет собой лазер, содержащий внутрирезонаторный эталон Фабри-Перо, который обеспечивает генерацию излучения на двух частотах. Изменением толщины эталона осуществляют перестройку межчастотного интервала. Способ и устройство не обеспечивают стабильность энергетического выхода двухчастотного излучения при перестройке межчастотного интервала, т.е. при изменении чувствительности способа, что влияет на величину контраста полос и дифракционную эффективность двухчастотной голограммы. Это связано с резонансной зависимостью спектрального контура усиления активной среды лазера. Наиболее близким по технической сущности является способ Патент РФ 2023279, МПК 03 1/04, 01 9/0127 записи двухчастотных голограмм путем последовательной записи двух голограмм, заключающийся в формировании из многочастотного лазерного излучения поочередно двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними в пределах спектра многочастотного лазерного излучения, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины. Устройство Патент РФ 2023279, МПК 03 1/04, 01 9/0127, реализующее известный способ, содержит моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации в пределах спектра затравочного излучения свободной генерации, резонатор которого оптически связан через выходной отражатель со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и объектный канал, оптически связанный с исследуемым объектом. Запись двухчастотных голограмм происходит за две вспышки лазера на разных частотах. Перед очередной вспышкой частота генерации может перестраиваться, что позволяет изменять чувствительность способа. Известные способ и устройство не обеспечивают стабильность энергетического выхода двухчастотного излучения при изменении чувствительности способа, что влияет на величину контраста и дифракционную эффективность двухчастотной голограммы. Это связано с резонансной зависимостью спектрального контура усиления активной среды лазера. Кроме того, способ и устройство не позволяют исследовать нестационарные объекты. Технической задачей изобретения является повышение контраста полос и дифракционной эффективности двухчастотной голограммы при изменении чувствительности способа за счет повышения стабильности энергетического выхода двухчастотного излучения. Поставленная техническая задача решается тем, что по известному способу записи двухчастотных голограмм, заключающемуся в формировании лазерного излучения двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины, частоту 1 излучения первого импульса выбирают в максимуме спектрального контура усиления активной среды лазера, а частоту 2 излучения второго импульса выбирают из условия 21, где - частота гиперзвуковой волны в среде, в которой получают обращенную волну при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна. Поставленная техническая задача решается тем, что в заявляемом устройстве записи двухчастотных голограмм, содержащем моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации, оптически связанный со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и объектный канал, оптически связанный с исследуемым объектом, лазер,стабилизирующий частоту излучения в максимуме спектрального контура усиления активной среды лазера,оптически связывают со схемой голографирования посредством поляризационного элемента, который, в свою очередь, оптически через первый элемент, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, связан со средой, в которой получают обращенную волну при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна, и через второй элемент, при прохождении которого тудаобратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, зеркалом, оптически связанным через второй элемент, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, и поляризационный элемент со схемой голографирования. 4311 1 Совокупность новых признаков в предлагаемом способе и устройстве для его осуществления позволяет при максимальной выходной энергии излучения лазера получить стабильное соотношение энергий на двух частотах при изменении чувствительности способа, которую можно изменять путем выбора соответствующей среды (диапазон гиперзвуковых волн 109-1011 Гц). При всех прочих равных условиях энергетический выход излучения обращенной волны с частотой 2 зависит только от энергетического выхода излучения на частоте 1 (максимальный коэффициент преобразования может быть близок к единице). Это обеспечивает в итоге повышение как величины контраста полос, так и дифракционной эффективности двухчастотной голограммы при изменении чувствительности способа. Способ характеризуется последовательностью операций сформированное лазерное излучение с частотой 1, соответствующей максимуму спектрального контура усиления активной среды лазера, делят на две части и направляют одну часть излучения на вход схемы голографирования, а другую часть - на среду, в которой получают обращенную волну при ВРМБ преобразуют излучение с частотой 1 в излучение с частотой 2 в обращенной волне направляют излучение обращенной волны на вход схемы голографирования двухчастотное излучение в схеме голографирования разделяют на предметный и опорный пучки и сводят их в плоскость регистрирующей среды для формирования интерференционной картины. Сущность устройства для реализации способа поясняется фигурой, где 1 - лазер, 2 - поляризационный элемент, 3, 10 - первый и второй элемент, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, соответственно 4 - среда, в которой получают обращенную волну при ВРМБ 5 - схема голографирования 6 - опорный канал 7 - регистрирующая среда 8 - объектный канал 9 - объект 11 - зеркало. Устройство содержит лазер 1, стабилизирующий частоту излучения в максимуме спектрального контура усиления активной среды лазера, оптически связанный со схемой 5 голографирования, включающей в себя опорный канал 6, оптически связанный с регистрирующей средой 7, и объектный канал 8, оптически связанный с исследуемым объектом 9, посредством поляризационного элемента 2, который, в свою очередь, оптически через первый элемент 3, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, связан со средой 4, в которой получают обращенную волну при ВРМБ, и через второй элемент 10, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную,с зеркалом 11, оптически связанным через второй элемент 10, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, и поляризационный элемент 2 со схемой 5 голографирования. Принцип действия устройства состоит в следующем. Излучение лазера 1 с частотой 1, находящейся в максимуме спектрального контура усиления активной среды лазера, с помощью поляризационного элемента 2, который пропускает одну составляющую вектора поляризации и отражает ортогональную, делится на две части. Отраженная от поляризационного элемента 2 часть излучения направляется в схему 5 голографирования. Прошедшая часть излучения проходит через первый элемент 3, при прохождении которого тудаобратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, и попадает на среду 4, в которой получают обращенную волну при ВРМБ. При обращении частота излучения изменяется на величину(частоту гиперзвуковой волны среды 4, в которой получают обращенную волну при ВРМБ). Прошедшее через первый элемент 3, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, излучение обращенной волны посредством поляризационного элемента 2 направляется на зеркало 11 и,отразившись от него, попадает на вход схемы 5 голографирования. Это становится возможным за счет использования второго элемента 10, при прохождении которого туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную. Разделяют двухчастотное излучение в схеме 5 голографирования на предметный и опорный пучки (формируют опорный канал 6 и объектный канал 8). Освещают объект 9 объектным пучком,а регистрирующую среду 7 - опорным пучком и формируют в плоскости регистрирующей среды 7 интерференционную картину. Применялся рубиновый лазер с модуляцией добротности, состоящий из задающего лазера и усилителя. Стабилизацию частоты генерации осуществляли с помощью внутрирезонаторного эталона Фабри-Перо толщиной 1 мм (показатель преломления материала 1,4). В качестве модулятора использовался пассивный модулятор добротности (раствор красителя 1044 в этаноле). Поляризационным элементом служило поляризационное зеркало. В качестве элементов, при прохождении которых туда-обратно поляризация излучения изменяется на ортогональную, использовали четвертьволновые пластинки. Нелинейной средой, в которой получали обращенную волну при ВРМБ, являлся кварц и ацетон. Для обращения излучение лазера фокусировали линзой с фокусным расстоянием 10 см на кварц и ацетон. Регистрирующим материалом служил ленточный шириной 35 мм фототермопластический материал на основе органического полупроводника. Объектами служили как изделия авиационной техники, так и другие объекты сложной формы. Чувствительность способа варьировалась за счет выбора нелинейной среды. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность и эффективность предложенного способа и устройства для его осуществления. Так, при изменении межчастотного интервала с 4,6 ГГц (ацетон) до 30 ГГц (кварц) на входе схемы голографирования энергии излучения на двух частотах были приблизи 3 4311 1 тельно одинаковыми, что обеспечивало регистрацию двухчастотных голограмм с высоким контрастом полос. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.