Способ регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДВУХЭКСПОЗИЦИОННЫХ ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕРОГРАММ(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) Способ регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм путем записи двух голограмм на фототермопластический носитель через заданный интервал времени, включающий создание базового уровня излучения квазистационарной генерации импульсного твердотельного лазера инфракрасного диапазона, предэкспозиционную тепловую обработку фототермопластического носителя излучением базового уровня, формирование наносекундных импульсов излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации основной частоты этого же лазера, удвоение частоты излучения наносекундных импульсов, экспонирование фототермопластического носителя наносекундными импульсами излучения удвоенной частоты, проявление записи инфракрасным излучением базового уровня квазистационарной генерации, отличающийся тем, что создают базовый уровень квазистационарной генерации исходя из требований стабильности узкого спектра и воспроизводимости волновых фронтов излучения, после предэкспозиционной тепловой обработки подают на электрооптический элемент высоковольтный электрический импульс длительности , равной заданному интервалумежду экспозициями и фронтами включения и выключения,равными 1 ф и 2 ф, формируют наносекундные импульсы излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации в моменты времени 11 ф /2 и 22 ф/2, 2-1, усиливают наносекундные импульсы излучения до уровня, превышающего порог включения зеркала на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна, устраняют искажения волновых фронтов импульсов излучения при усилении за счет самообращения волнового фронта после включения зеркала на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна, после удвоения частоты излучения наносекундных импульсов экспонируют фототермопластический носитель в различные моменты времени 1 и 2 наносекундными импульсами излучения удвоенной частоты со стабильным спектром и идентичными волновыми фронтами.(56) Ковалев , Жданович С.П. Реверсивная запись оптической информации на фототермопластических средах с экспонированием и тепловой обработкой излучением АИГ 3-лазера. ЖНиПФиК. - Наука, 1991. Т. 36,6. - С. 469-473.2024821 С 1, 1994.3997238 А, 1976.9316419 , 1993.0626079 , 1994.9636908 , 1996. Алексеев В.П., Губа Б и др. Голографическая интерферометрия крупногабаритных объектов с использованием лазера парных импульсов на неодимовом стекле. ЖТФ. - Л. Наука, 1986, т. . - С. 105-112. Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к системам записи и обработки информации, и может быть использовано в двухэкспозиционной голографической интерферометрии и других областях, где необходимы системы на базе импульсных твердотельных лазеров, генерирующих парные импульсы излучения наносекундной длительности с воспроизводимыми параметрами и регулируемым временным интервалом следования. Известен способ регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм путем записи двух голограмм через заданный интервал времени с помощью излучения парных импульсов твердотельного лазера инфракрасного (ИК) диапазона, (В. П. Андреев, Б. С. Губа, С. Л. Протасов и др.//ЖТФ.-1986.-т. 56.-Вып. 1.С.105-112), включающий формирование наносекундных импульсов излучения для канала экспонирования, усиление этих импульсов, удвоение частоты излучения, экспонирование фотоносителя импульсами наносекундной длительности удвоенной частоты и обработку фотоносителя при проявлении записи. Формирование парных импульсов излучения наносекундной длительности осуществлялось путем модуляции добротности резонатора задающего лазера в различные моменты времени с помощью электрооптического затвора, размещенного в резонаторе. В данном способе не обеспечена повторяемость результатов из-за недостаточной стабильности спектра парных импульсов излучения в различные моменты времени. Кроме того, при записи интерферограмм на фототермопластические (ФТП) носители необходимо автономное устройство для тепловой обработки носителя. Ввиду различных условий развития генерации первого и второго импульсов из-за термооптических искажений параметры излучения отличаются уже на выходе задающего лазера. На эффективность селекции и воспроизводимость спектра излучения влияет ограниченное время развития генерации при формировании импульсов путем электрооптической модуляции добротности резонатора. Последующий каскад усиления также вносит свои искажения в структуру излучения для канала экспонирования. Наиболее близким по технической сущности является способ регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм на ФТП носители путем записи двух голограмм через заданный интервал времени (А. А. Ковалев, С. Н. Жданович//ЖНиПФиК.-1991. - Т. 36.- 6. - С. 469-473), в котором обеспечены условия для эффективной записи отдельных голограмм при формировании наносекундных импульсов излучения для канала экспонирования из базового уровня свободной квазистационарной генерации основной частоты. При этом ИК излучение свободной квазистационарной генерации, из которого формируются наносекундные импульсы излучения для канала экспонирования, используют также для теплового воздействия на ФТП носитель при проявлении записи. Способ включает создание базового уровня излучения квазистационарной генерации импульсного твердотельного лазера ИК диапазона, предэкспозиционную тепловую обработку ФТП носителя излучением базового уровня, формирование наносекундных импульсов излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации основной частоты этого же лазера, удвоение частоты излучения наносекундных импульсов, экспонирование ФТП носителя наносекундными импульсами излучения удвоенной частоты, проявление записи ИК излучением базового уровня квазистационарной генерации. В данном способе не обеспечена достоверность идентификации системы полос на интерферограмме с изменениями объекта между экспозициями из-за паразитных полос, характеризующих изменения параметров излучения в различные моменты времени. Формирование наносекундных импульсов излучения происходит из базового уровня излучения, определяемого установившимся режимом квазистационарной генерации. При этом обеспечивается эффективная селекция спектра излучения. Однако вносимые возмущения при двукратной модуляции добротности резонатора препятствуют воспроизводимости узкого спектра и волновых фронтов в различные моменты времени 1 и 2 в регулируемом интервале следования импульсов. При применении этого способа в двухэкспозиционной голографической интерферометрии необходимо обеспечить воспроизводимость параметров излучения в обоих импульсах в различные моменты времени. В этом случае при регистрации интерферограммы путем записи двух голограмм в различные моменты времени в 3981 1 нее не вносится информация в виде паразитных полос, связанных с изменением параметров излучения от импульса к импульсу. Технической задачей изобретения является повышение достоверности записи путем устранения системы паразитных полос, связанной с неидентичностью параметров излучения первого и второго импульсов в различные моменты времени. Поставленная техническая задача решается тем, что в способе регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм на ФТП носители путем записи двух голограмм через заданный интервал времени, включающем создание базового уровня излучения квазистационарной генерации импульсного твердотельного лазера ИК диапазона, предэкспозиционную тепловую обработку ФТП носителя излучением базового уровня, формирование наносекундных импульсов излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации основной частоты этого же лазера, удвоение частоты излучения наносекундных импульсов, экспонирование ФТП носителя наносекундными импульсами излучения удвоенной частоты, проявление записи ИК излучением базового уровня квазистационарной генерации, этот базовый уровень квазистационарной генерации создают исходя из требований стабильности узкого спектра и воспроизводимости волновых фронтов излучения, после предъэкспозиционной тепловой обработки подают на электрооптический элемент высоковольтный электрический импульс длительности , равной заданному интервалумежду экспозициями и фронтами включения и выключения, равными 1 ф и 2 ф, формируют наносекундные импульсы излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации в моменты времени 11 ф /2 и 22 ф/2, 2-1,усиливают наносекундные импульсы излучения до уровня, превышающего порог включения зеркала на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ-зеркала), устраняют искажения волновых фронтов импульсов излучения при усилении за счет самообращения волнового фронта после включения ВРМБзеркала, после удвоения частоты излучения наносекундных импульсов экспонируют ФТП носитель в различные моменты времени 1 и 2 наносекундными импульсами излучения удвоенной частоты со стабильным спектром и идентичными волновыми фронтами. В предлагаемом способе реализуется новый подход к формированию наносекундных импульсов излучения для экспонирования в двухэкспозиционной голографической интерферометрии. Он обеспечивает получение наносекундных импульсов излучения для экспонирования с воспроизводимыми параметрами в различные моменты времени. Это достигается путем последовательности операции, при которой в спектр и структуру волновых фронтов излучения не вносятся искажения на этапе формирования наносекундных импульсов в моменты времени 1 и 2, а естественно возникающие на этапе усиления компенсируются идентичным образом для первого и второго импульсов. Формирование импульсов излучения для экспонирования происходит поэтапно. Вначале создают базовый уровень излучения квазистационарной генерации, который характеризуется стабильностью узкого спектра и воспроизводимостью волновых фронтов излучения на всем временном отрезке, задаваемом длительностью этого импульса ( 4 мс). Затем после предъэкспозиционной тепловой подготовки из базового уровня в различные моменты времени 1 и 2 выделяют пульсы излучения наносекундной длительности без внесения возмущений в резонатор лазера, где генерируется базовый уровень. Выделение наносекундных импульсов из базового уровня квазистационарной генерации миллисекундной длительности осуществляют на фронтах включения и выключения высоковольтного импульса,подаваемого на электрооптический элемент. Это происходит при прохождении значений /2 или, в зависимости от применяемой оптической схемы, /4 в результате поворота плоскости поляризации излучения на 90. Длительность высоковольтного импульса выбирают равной заданному интервалу 2-1 между импульсами экспонирования. Выделенные импульсы излучения усиливают до уровня, превышающего порог включения ВРМБ-зеркала. На этом этапе (т.е. до включения ВРМБ-зеркала) в структуру волновых фронтов излучения вносятся, естественно, искажения, обусловленные термооптическими эффектами и несовершенством активных элементов. Однако после включения ВРМБ-зеркала, образующего отраженную назад волну, при обратном прохождении эти искажения компенсируются. При прохождении фазовосопряженного пучка в обратном направлении его движение, обращающее движение исходного пучка, зануляет искажающее воздействие активной среды усилителей. В результате на этапе усиления импульсов в структуру волновых фронтов и спектра не вносятся искажения, при этом одновременно улучшается диаграмма направленности излучения. После удвоения частоты излучения наносекундных импульсов в голографическую систему записи поступают в различные моменты времени 1 и 2 импульсы излучения с идентичными волновыми фронтами и узким спектром,задаваемые параметрами базового уровня. Предлагаемый способ осуществляют следующей последовательностью операций создают базовый уровень квазистационарной генерации, исходя из требований стабильности узкого спектра и воспроизводимости волновых фронтов излучения, после предэкспозиционной тепловой обработки ФТП носителя ИК излучением базового уровня подают на электрооптический элемент высоковольтный электрический импульс дли 3 3981 1 тельности , равной заданному интервалумежду экспозициями и фронтами включения и выключения,равными 1 ф и 2 ф, формируют наносекундные импульсы излучения для канала экспонирования из базового уровня квазистационарной генерации в моменты времени 11 ф /2 и 22 ф/2, 2-1,усиливают наносекундные импульсы излучения до уровня, превышающего порог включения ВРМБ-зеркала,устраняют искажения волновых фронтов импульсов излучения при усилении за счет самообращения волнового фронта после включения ВРМБ-зеркала, после удвоения частоты излучения наносекундных импульсов экспонируют ФТП носитель в различные моменты времени 1 и 2 наносекундными импульсами излучения удвоенной частоты со стабильным узким спектром и идентичными волновыми фронтами. Устройство, реализующее предлагаемый способ регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм, поясняется фигурой, где приняты следующие обозначения 1-задающий лазер 2, 4-диэлектрические поляризаторы 3-электрооптический элемент 5-блок управления 6-диэлектрический поляризатор 7-четвертьволновая кварцевая пластинка 8, 9-усилители 10-линза 11-ВРМБ-кювета с оптически активным веществом 12-удвоитель частоты излучения 13-спектральный фильтр 14-канал экспонирования 15-светоделительное зеркало 16-поворотные зеркала 17-объект 18-ячейка записи с ФТП носителем 19-канал проявления 20-поворотное зеркало 21-телескоп 22-фотоприемник 23-линия задержки. Устройство включает в себя задающий лазер 1 с активным элементом ИАГ 3 размерами 5 х 65 мм, работающий в режиме квазистационарной генерации, диэлектрические поляризаторы 2, 4, между которыми установлен электрооптический элемент 3 типа З-204, электрически связанный с блоком управления 5,представляющим собой два модифицированных блока МГИН-5, а также диэлектрический поляризатор 6, оптически связанный с каналом экспонирования 14, четвертьволновую кварцевую пластинку 7, усилители 8, 9 с активными элементами из ИАГ 3 размерами 6,3 х 100 мм, ВРМБ зеркало, включающее положительную линзу 10 с фокусным расстоянием 6 см и ВРМБ кювету 11 с оптически активным веществом (ацетон, 4 и др.). Удвоитель частоты излучения 12 из кристаллаи спектральный фильтр 13 типа СЗС-23, оптически связанные с диэлектрическим поляризатором 6, размещены на входе канала экспонирования 14, который содержит светоделительное зеркало 15, поворотные зеркала 16, объект 17, ячейку записи с ФТП носителем 18. В канале проявления 19, оптически связанным с диэлектрическим поляризатором 4, размещены поворотные зеркала 20 (0,951)и телескоп 21 (х 5), при этом фотоприемник 22, оптически связанный с каналом проявления 19, через линию задержки 23 электрически связан с входом блока управления 5. Устройство работает следующим образом. После включения системы оптической накачки и установления квазистационарного режима генерации с устойчивыми параметрами, т.е. узким спектром и идентичными волновыми фронтами, на выходе задающего лазера 1 появляется ИК излучение базового уровня. В исходном состоянии блок управления 5 выключен и на электрооптическом элементе 3 напряжение отсутствует. Взаимноортогональная ориентация поляризаторов 2 и 4 обеспечивает оптическую развязку задающего лазера 1 с усилителями 8, 9 и каналом экспонирования 14. На этом этапе излучение в усилителях и канале экспонирования отсутствует. Излучение базового уровня от задающего лазера 1 последовательно проходит поляризатор 2 (он установлен в положение с максимальным пропусканием), электрооптический элемент 3 и поляризатором 4 отражается в канал проявления 19. По нему оно достигает ячейки записи с ФТП носителем 18 и начинает процесс его предъэкспозиционной тепловой обработки (на этапе до экспонирования осуществляется предварительный нагрев до температуры, меньше температуры проявления записи). Формирование наносекундных импульсов излучения с воспроизводимыми параметрами для канала экспонирования осуществляют из базового уровня излучения квазистационарной генерации с устойчивым узким спектром и идентичными волновыми фронтами. Для этого от блока управле 4 3981 1 ния 5 на электрооптический элемент 3 подают высоковольтный электрический импульс длительности , равной заданному интервалумежду экспозициями, с фронтами включения и выключения равными 1 ф и 2 ф. Электрооптический элемент 3 в это время заполнен излучением базового уровня задающего лазера 1, так как импульс квазистационарной генерации имеет большую ( 4 мс) длительность. Время включения блока управления 5, вырабатывающего высоковольтный импульс, регулируется фотоэлектрической цепочкой в составе фотоприемника 22 и линии задержки 23. Последняя введена для того, чтобы включение блока управления 5 происходило не сразу после появления излучения в канале проявления 19, а спустя некоторое ( 200300 мкс) время, необходимое для установления квазистационарного режима генерации со стабильными параметрами. Через поляризатор 4 в усилители 8, 9 проходит только та часть излучения базового уровня, поляризация которой успела измениться на 90 во время существования на электрооптическом элементе 3 напряжения/2. Это напряжение (т.е. /2) существует только на фронте включения высоковольтного импульса. Таким образом в результате изменения поляризации части излучения происходит инжекция наносекундного импульса затравочного излучения в усилители 8, 9. Амплитуда высоковольтного импульса выбирается такой,чтобы поляризация проходящего через электрооптический элемент 3 излучения на отрезке времени 2-1 не изменялась. Таким образом формируется задержка между экспозициями. Появление второго импульса излучения в усилителях 8, 9 происходит в момент времени 2, когда в результате выключения высоковольтного импульса на заднем фронте ситуация повторяется. Во время прохождения значения /2 поляризация части излучения базового уровня изменяется на 90. Происходит инжекция через поляризатор 4 второго наносекундного импульса излучения в усилители 8, 9. Длительность сформированных импульсов по полувысоте равна половине длительности переднего и заднего фронтов управляющего высоковольтного электрического импульса, подаваемого от блока 5 на электрооптический элемент 3. Так, например, тиратрон типа ТГИ-2-130/10 обеспечивает длительность фронтов включения и выключения менее 20 нс и в устройствах на базе таких коммутирующих элементов достигается длительность импульсов менее 10 нс. Наносекундные импульсы излучения, сформированные из базового уровня в моменты времени 1 и 2, проходят поляризатор 6, четвертьволновую кварцевую пластинку 7, идут через усилители 8, 9 и достигают значения мощности излучения, превышающего порог включения ВРМБ-зеркала. На этом этапе усиления (т.е. до включения ВРМБ-зеркала) в пучок, естественно, вносятся искажения, влияющие на структуру волновых фронтов. Усиленное излучение фокусируется линзой 10 (6 см) внутрь кюветы 11 с оптически активным веществом, в котором возбуждается ВРМБ-зеркало, образующее отраженную назад волну. Возникающая после включения ВРМБ-зеркала волна является обращенной во времени репликой падающей волны. Напомним, что словосочетание обращенной во времени выражает тот факт, что отраженный ВРМБ-зеркалом пучок несет именно те искажения, которые были внесены в него при первом прохождении усилителей, но в обращенном виде. При обратном прохождении отраженной волны компенсируются те искажения, которые были внесены в пучок во время его прохождения в прямом направлении через усилители к ВРМБ-зеркалу 10, 11. Отраженный ВРМБ-зеркалом пучок в двухпроходовой схеме проходит точно по тому же пути, что и падающий. Когда фазовосопряженный пучок проходит через усилители в обратном направлении, его движение, обращающее движение исходного пучка, зануляет искажающее воздействие усилителей 8, 9. Отраженные ВРМБ-зеркалом и усиленные на обратном проходе через усилители 9-8 импульсы излучения имеют перед поляризатором 6 отличную от исходной на 90 поляризацию и отражаются им в канал экспонирования 14. На входе канала экспонирования размещены удвоитель частоты излучения 12 и спектральный фильтр 13. После удвоения частоты излучения наносекундные импульсы с длиной волны 0,532 мкм проходят через светоделительное зеркало 15 и направляются поворотными зеркалами 16 на объект 17 и ячейку записи с ФТП носителем 18. В ячейке записи с ФТП носителем 18 происходит запись голограммы в момент времени 1, затем через интервал времени , задаваемый длительностьювысоковольтного импульса, происходит запись второй голограммы в момент времени 2. В результате их наложения образуется голографическая интерферограмма с системой полос, несущих информацию об изменении состояния объекта 17 между двумя экспозициями. Требование идентичности параметров излучения первого и второго наносекундных импульсов экспонирования продиктовано необходимостью устранения в восстановленном голографической интерферограммой изображении системы паразитных полос, несущих информацию об изменении параметров импульсов. Таким образом, в предлагаемом способе регистрации двухэкспозиционных голографических интерферограмм реализуется последовательность операций, позволяющая сформировать в различные моменты времени 1 и 2 импульсы экспонирования с идентичными параметрами. Благодаря устранению влияния паразитных полос на регистрируемую информацию повышается достоверность записи и значительно упрощается процесс расшифровки голографических интерферограмм. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5