Способ получения интерференционных картин для определения термооптических характеристик прозрачного объекта

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫХ КАРТИН ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕРМООПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЗРАЧНОГО ОБЪЕКТА(71) Заявитель Учреждение образования 4432 , 2008. Гродненский государственный уни 1702172 1, 1991. верситет имени Янки Купалы 1805285 1, 1993.(72) Авторы Ляликов Александр Михай 5448352 , 1995. лович Буть Андрей Иванович 3938889 , 1976.(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(57) Способ получения интерференционных картин для определения термооптических характеристик прозрачного объекта, заключающийся в освещении интерферометра световой волной, записи опорной голограммы, размещении прозрачного объекта в интерферометре в зоне термического воздействия, восстановлении интерференционной картины, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта в течение развития процесса термического воздействия, при наложении прошедшей прозрачный 15759 1 2012.04.30 объект и восстановленной с опорной голограммы световой волны, отличающийся тем,что записывают не менее одной дополнительной опорной голограммы в различные моменты развития процесса термического воздействия, а при восстановлении интерференционной картины, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта, устанавливают опорную голограмму, записанную в соответствующий момент развития процесса термического воздействия. Изобретение относится к оптическим методам измерения различных параметров прозрачных объектов. В качестве прототипа выбран способ получения интерференционных картин для определения термооптических характеристик прозрачного объекта Оптический производственный контроль / Под ред. Д. Малакары Машиностроение, 1985. - С. 301-303. Сущность известного способа заключается в освещении интерферометра световой волной, записи опорной голограммы, размещении прозрачного объекта в интерферометре в зоне термического воздействия, восстановлении интерференционной картины, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта в течение развития процесса термического воздействия, при наложении световой волны, прошедшей прозрачный объект и восстановленной с опорной голограммы. В известном техническом решении исключение систематической составляющей погрешности, в процессе развития термического воздействия на правильность отображения термооптических характеристик прозрачного объекта, осуществляется с помощью одной опорной голограммы. Однако в процессе развития термического воздействия величина систематической погрешности может изменяться во времени и зависеть от степени термического воздействия, т.е. от величины температуры в зоне объекта, что приводит к неполному исключению влияния систематической погрешности на правильность отображения термооптических характеристик прозрачного объекта. Например, при нагревании или, наоборот, при остывании прозрачного объекта изменение температуры в зоне термического воздействия частично будет влиять на элементы оптических держателей интерферометра или держателя самого объекта, что приведет к дополнительным составляющим систематической погрешности измерений. Если исследуемый объект находится в кювете с прозрачными окнами, то в процессе термического воздействия возможна прогрессирующая во времени деформация прозрачных окон, что также приводит к дополнительным систематическим погрешностям, изменяющимся во времени. В прототипе данная зависимость величины систематической составляющей погрешности от изменения температуры не учитывается при компенсации аберраций. Сущность изобретения заключается в том, что в способ получения интерференционных картин для определения термооптических характеристик прозрачного объекта, заключающийся в освещении интерферометра световой волной, записи опорной голограммы,размещении прозрачного объекта в интерферометре в зоне термического воздействия,восстановлении интерференционной картины, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта, в течение развития процесса термического воздействия, при наложении прошедшей прозрачный объект и восстановленной с опорной голограммы световой волны, дополняют новые признаки записывают не менее одной дополнительной опорной голограммы в различные моменты развития процесса термического воздействия, а при восстановлении интерференционной картины, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта, устанавливают опорную голограмму, записанную в соответствующий момент развития процесса термического воздействия. Совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата - исключение влияния изменений систематической погрешности в процессе 2 15759 1 2012.04.30 развития термического воздействия на правильность отображения термооптических характеристик исследуемого прозрачного объекта. Условие обеспечения изобретательского уровня в заявляемом способе достигается тем, что совокупность признаков, отличающих заявляемый способ от прототипа, не обнаружена и не вытекает из уровня техники явным образом. На фиг. 1 приведена оптическая схема устройства для реализации заявляемого способа, а на фиг. 2 - график временной зависимости систематической составляющей погрешности в процессе термического воздействия. Устройство содержит когерентный источник света 1, например гелий-неоновый лазер,телескопическую систему, образованную линзами 2, 3, полупрозрачное зеркало 4, служащее для разделения светового пучка света по амплитуде, плоские зеркала 5, 6, приспособление термического воздействия, выполненное в виде кюветы с прозрачными окнами 7 и электрическим нагревателем 8. Данное приспособление оказывает термическое воздействие на исследуемый прозрачный объект 9. В устройство введена оптическая система, содержащая объективы 10, 11 для формирования изображения объекта 9 в плоскости опорной голограммы 12, и оптическая система пространственной фильтрации дифрагированных на опорной голограмме 12 пучков света, при получении на экране 13 интерференционной картины. Оптическая система пространственной фильтрации выполнена в виде объектива 14 и непрозрачной диафрагмы 15. Интерферометр образован оптическими элементами 4, 5 и 6. Приспособление термического воздействия служит для создания определенной температуры в объекте 9. Регулирование температуры реализуется электрическим нагревателем 8. Способ получения интерференционных картин для определения термооптических характеристик прозрачного объекта осуществляется в устройстве в два этапа. На первом этапе записывают две или более, например три, опорных голограммы в различные моменты термического воздействия, но при отсутствии прозрачного объекта 9 в интерферометре. Для этого освещают интерферометр, образованный оптическими элементами 4, 5 и 6, световой волной, сформированной когерентным источником света 1 и телескопической системой 2, 3. Коэффициент амплитудного пропускания записанных опорных голограмм будет описываться соответственно выражениями 100 21,(1)200 22,300 23 ,где 0 и 0 - амплитуды, - несущая частота голографических полос, 1, 2, 3 - функции,описывающие изменение фазы, вызванные аберрациями, влияющими на систематическую погрешность, в моменты времени термического воздействия, соответствующие временам 1, 2, 3 при записи первой, второй или третьей опорной голограммы. После записи опорных голограмм одну голограмму 12, записанную первой, устанавливают в положение, соответствующее ее записи, а другие 16 и 17 устанавливают рядышком с опорной голограммой 12 для быстрой замены в процессе восстановления интерференционной картины в реальном времени. На втором этапе размещают прозрачный объект 9 в зоне термического воздействия и освещают интерферометр, образованный оптическими элементами 4, 5 и 6, световой волной, сформированной когерентным источником света 1 и телескопической системой 2, 3,и повторяют процедуру термического воздействия по временному закону, соответствующему при записи опорных голограмм. Предположим, что аберрации интерферометра, определяющие систематическую составляющую погрешности, в процессе термического воздействия изменяется по временному закону, приведенному на графике (фиг. 2). Тогда можно предположить, что величины аберраций 1, 2, 3 характеризуют средние значе 3 15759 1 2012.04.30 ния функциина соответствующем временном интервале, например, 101 на интервале 01, 212 на интервале 12 и так далее. Опорная голограмма 12 освещается волной прошедшей прозрачный объект комплексная амплитуда которой определяется выражением(3)(( где- изменения фазы, вызванные аберрациями, изменяющимися во времени по закону (фиг. 2),- изменения фазы, вызванные термическим воздействием на исследуемый объект. Предположим, что интервалы временных зон, а также их количество (фиг. 2), таково,что в пределах любого выбранного временного интервала (фиг. 2) величина аберраций ла 01 , 2 для интервала 12 и 3 для интервала 34 . Данное условие всегда выполнимо и обеспечивается увеличением количества интервалов за счет уменьшения его временного диапазона. В этом случае можно предположить, что во временном интервале 01 комплексная амплитуда световой волны, прошедшей исследуемый объект(4) 1(1(. Восстановленная интерференционная картина, отображающая в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта, определяемые функцией , образуется при наложении световых волн вида (4), т.е. прошедшей исследуемый прозрачный объект 9 и восстановленной с первой опорной голограммы 12(5) 1(1). Данные волны выделяются посредством отверстия в непрозрачной диафрагме 15. Распределение освещенности в восстановленной интерференционной картине, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта и наблюдаемой для интервала 01 в плоскости 13 (фиг. 1), определится как 1. Из выражения (6) видно, что влияние аберраций в интерференционной картине компенсировано, а систематическая составляющая погрешности исключена. Соответственно на временных интервалах термического воздействия 12 и 34 устанавливаются в положение 12 соответственно вторая 16 и третья 17 опорные голограммы. Комплексные амплитуды световых волн, прошедших исследуемый объект на со ответствующих временных интервалах 12 и 34(5) А 3(3(. Комплексные амплитуды восстановленных волн со второй 16 и третьей 17 опорных голограмм соответственно(6) 2(2),(7) 3(3). Распределение освещенности в восстановленной интерференционной картине, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта и наблюдаемой для интервала 12 и 34 , будет также определяться выражением (6),т.е. влияние аберраций в интерференционной картине будет компенсировано, а систематическая составляющая погрешности исключена. 15759 1 2012.04.30 Если использовать, как это предложено в прототипе, только одну опорную голограмму,например первую, записанную в момент времени 1, то при восстановлении интерференционной картины, отображающей в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта и наблюдаемой для интервалов 12 и 34 , распределения освещенности в картине будет определяться соответственно выражением Предположив, что величина аберраций на временных интервалах 12 и 34 принимает средние значения 1 и 2 соответственно, то получим выражения, описывающие распределения освещенностей в восстановленых интерференционных картинах, отображающих в реальном времени термооптические характеристики прозрачного объекта и на блюдаемых для интервалов 12 и 34 соответственно 113. Возникшие остаточные аберрации в интерференционных картинах, определяющие величину систематической составляющей погрешности, определятся разностями 12 и 1-3. Данные разности могут быть даже соизмеримыми с величиной полезного сигнала, а в некоторых случаях и превышать ее. Из этого следует, что при использовании одной опорной голограммы исключить систематическую составляющую погрешности для случая ее прогрессирования, даже по детерминированному закону, невозможно. Таким образом, совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата - исключение влияния изменений систематической погрешности в процессе развития термического воздействия на правильность отображения термооптических характеристик исследуемого прозрачного объекта. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.