Способ записи двухэкспозиционной голограммы и устройство для его осуществления

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЗАПИСИ ДВУХЭКСПОЗИЦИОННОЙ ГОЛОГРАММЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(72) Автор Окушко Владимир Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Способ записи двухэкспозиционной голограммы, включающий обращение исходного лазерного излучения в нелинейной среде при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна с усилением стоксовых компонент в активной среде лазера, частотную фильтрацию сформированного многочастотного излучения для выделения компонент с частотами 1 и 2 с регулируемым временным интервалом между ними, последовательное разделение указанных компонент на предметный и опорный пучки для освещения объекта и регистрирующей среды соответственно и запись двухэкспозиционной голограммы на указанных частотах, отличающийся тем, что частоты 1 и 2 выбирают из интервала частот от (-/2) до (/2), где- нижняя граница заранее определенного спектрального интервала двухимпульсной генерации,- частота гиперзвука в нелинейной среде. 2. Устройство для записи двухэкспозиционной голограммы, содержащее схему голографирования, включающую опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и предметный канал, оптически связанный с объектом, лазер с активным модулятором добротности, оптически связанный со схемой голографирования и с нелинейной средой, осуществляющей вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, посредством последовательно установленных на оптической оси оптической линии задержки и управляемого по поляризации элемента, соединенного входом с одним выходом блока 9629 1 2007.08.30 управления, а также посредством делительного и поляризационного элементов, отличающееся тем, что содержит электрически связанный с объектом модуль сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска, а также анализатор спектра, оптически соединенный с указанным делительным элементом, а электрически - с другим входом блока управления, другой выход которого электрически соединен с активным модулятором добротности, указанные делительный и поляризационный элементы установлены соответственно перед линией задержки и перед нелинейной средой, причем анализатор спектра выполнен с возможностью подачи сигналов на вход блока управления при наличии в спектре компонент с частотами 1 и 2, находящимися в интервале частот от (/2) до (/2), где- нижняя граница заранее определенного спектрального интервала двухимпульсной генерации,- частота гиперзвука в нелинейной среде, а блок управления выполнен с возможностью подачи полуволнового напряжения на вход управляемого по поляризации элемента при получении каждого из указанных сигналов. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике записи двухэкспозиционных голограмм, и может быть использовано при неразрушающих исследованиях различного рода объектов и процессов. Известен способ записи двухэкспозиционной голограммы 1, заключающийся в формировании двух импульсов с регулируемым временным интервалом между ними, разделении полученного излучения на предметный и опорный пучки, освещении объекта объектным пучком, а регистрирующей среды - опорным пучком и формировании в плоскости регистрирующей среды интерференционной картины. Способ не обеспечивает контрастность интерференционных полос. Устройство для реализации способа 1 содержит лазер, в котором модуляцию добротности резонатора осуществляют с помощью двукратного включения электрооптического затвора, электрически связанного с выходом блока управления, и который оптически связан со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и предметный канал, оптически связанный с объектом, который через модуль сопряжения электрически связан с входом блока управления. Модуль сопряжения обеспечивает синхронизацию работы лазера с исследуемым процессом. Устройство не обеспечивает контрастность интерференционных полос. Наиболее близким по технической сущности является способ записи двух экспозиционной голограммы 2, включающий обращение исходного лазерного излучения в нелинейной среде при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) с усилением стоксовых компонент в активной среде лазера, частотную фильтрацию сформированного многочастотного излучения для выделения компонент с частотами 1 и 2 с регулируемым временным интервалом между ними, последовательное разделение указанных компонент на предметный и опорный пучки для освещения объекта и регистрирующей среды соответственно и запись двухэкспозиционной голограммы на указанных частотах. Вследствие низкой взаимной когерентности импульсов способ не обеспечивает контрастность интерференционных полос. Устройство для записи двухэкспозиционной голограммы 3, содержит схему голографирования, включающую опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и предметный канал, оптически связанный с объектом, лазер с активным модулятором добротности, оптически связанный со схемой голографирования и с нелинейной средой, осуществляющей вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна(ВРМБ), посредством последовательно установленных на оптической оси оптической линии задержки и управляемого по поляризации элемента, соединенного входом с одним 2 9629 1 2007.08.30 выходом блока управления, а также посредством делительного и поляризационного элементов. Вследствие низкой взаимной когерентности импульсов устройство не обеспечивает контрастность интерференционных полос. Технической задачей изобретения является увеличение контраста интерференционных полос путем исключения паразитных полос за счет повышения взаимной когерентности излучаемых импульсов. Поставленная техническая задача решается тем, что в способе записи двухэкспозиционной голограммы, включающем обращение исходного лазерного излучения в нелинейной среде при ВРМБ с усилением стоксовых компонент в активной среде лазера,частотную фильтрацию сформированного многочастотного излучения для выделения компонент с частотами 1 и 2 с регулируемым-временным интервалом между ними, последовательное разделение указанных компонент на предметный и опорный пучки для освещения объекта и регистрирующей среды соответственно, и запись двухэкспозиционной голограммы на указанных частотах, частоты 1 и 2 выбирают из интервала частот от(-/2) до (/2), где- нижняя граница заранее определенного спектрального интервала двухимпульсной генерации,- частота гиперзвука в нелинейной среде. Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для записи двухэкспозиционной голограммы, содержащее схему голографирования, включающую опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и предметный канал, оптически связанный с объектом, лазер с активным модулятором добротности, оптически связанный со схемой голографирования и с нелинейной средой, осуществляющей ВРМБ, посредством последовательно установленных на оптической оси оптической линии задержки и управляемого по поляризации элемента, соединенного входом с одним выходом блока управления, а также посредством делительного и поляризационного элементов, содержит электрически связанный с объектом модуль сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска, а также анализатор спектра, оптически соединенный с указанным делительным элементом, а электрически - с другим входом блока управления, другой выход которого электрически соединен с активным модулятором добротности, указанные делительный и поляризационный элементы установлены соответственно перед линией задержки и перед нелинейной средой, причем анализатор спектра выполнен с возможностью подачи сигналов на вход блока управления при наличии в спектре компонент с частотами 1 и 2, находящимися в интервале частот от (-/2) до (/2), гденижняя граница заранее определенного спектрального интервала двухимпульсной генерации,- частота гиперзвука в нелинейной среде, а блок управления выполнен с возможностью подачи полуволнового напряжения на вход управляемого по поляризации элемента при получении каждого из указанных сигналов. Совокупность указанных признаков способа и устройства обеспечивают сужение полосы двухчастотной генерации с точностью до , что позволяет исключить паразитные полосы и тем самым решить поставленную техническую задачу. Способ характеризуется последовательностью операций формируют двухимпульсное излучение с регулируемым временным интервалом между импульсами и определяют нижнюю границу спектрального интервала двухимпульсной генерацииобращают исходное лазерное излучение первого импульса в нелинейной среде при ВРМБ с усилением стоксовых компонент в активной среде лазера осуществляют частотную фильтрацию сформированного многочастотного излучения с выделением компоненты с частотой 1,принадлежащей интервалу частот от (-/2) до (/2), где- частота гиперзвука в нелинейной среде обращают исходное лазерное излучение второго импульса в нелинейной среде при ВРМБ с усилением стоксовых компонент в активной среде лазера осуществляют частотную фильтрацию сформированного многочастотного излучения с выделением компоненты с частотой 2, принадлежащей интервалу частот от ( - /2) до 3(/2) последовательно разделяют указанные компоненты на предметный и опорный пучки для освещения объекта и регистрирующей среды соответственно и записывают двухэкспозиционную голограмму. Сущность устройства для реализации способа поясняется фигурой, где 1 - лазер, 2 активный модулятор добротности, 3 - схема голографирования, 4 - опорный канал, 5 - регистрирующая среда, 6 - предметный канал, 7 - объект, 8 - модуль сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска, 9 - блок управления, 10 - делительный элемент, 11 - анализатор спектра, 12 - оптическая линия задержки, 13 - управляемый по поляризации элемент, 14 - поляризационный элемент, 15 - нелинейная среда, осуществляющая ВРМБ. Устройство для записи двухэкспозиционной голограммы содержит лазер 1 с активным модулятором добротности 2, оптически связанный со схемой голографирования 3,включающей опорный канал 4, оптически связанный с регистрирующей средой 5, и предметный канал 6, оптически связанный с объектом 7, и с нелинейной средой 15, осуществляющей ВРМБ, посредством последовательно установленных на оптической оси делительного элемента 10, оптической линии задержки 12, управляемого по поляризации элемента 13, соединенного входом с одним выходом блока управления 9, поляризационного элемента 14, электрически связанный с объектом 7 модуль сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска 8, а также анализатор спектра 11, оптически соединенный с делительным элементом 10, а электрически - с другим входом блока управления 9, другой выход которого электрически соединен с активным модулятором добротности 2, причем анализатор спектра 11 выполнен с возможностью подачи сигналов на вход блока управления 9 при наличии в спектре компонент с частотами 1 и 2, находящимися в интервале частот от (-/2) до (/2), где- нижняя граница заранее определенного спектрального интервала двухимпульсной генерации,- частота гиперзвука в нелинейной среде, осуществляющей ВРМБ, 15, а блок управления 9 выполнен с возможностью подачи полуволнового напряжения на вход управляемого по поляризации элемента 13 при получении каждого из указанных сигналов. Устройство для реализации способа работает следующим образом. С объекта 7 на вход модуля сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска 8 поступает электрический сигнал, с выхода которого на первый вход блока управления 9 поступает электрический сигнал команды на запуск. Блок управления 9 вырабатывает сигнал управления активным модулятором добротности 2 лазера 1. Происходит генерация первого импульса. Излучение первого импульса через делительный элемент 10, оптическую линию задержки 12, управляемый по поляризации элемент 13, поляризационный элемент 14 поступает на нелинейную среду 15, осуществляющую ВРМБ, где происходит обращение с преобразованием частоты. При обращении излучение первой стоксовой компоненты направляется в лазер 1, усиливается и по такому же пути, как и исходное излучение лазера,поступает на нелинейную среду, осуществляющую ВРМБ, 15. При втором обращении формируется вторая стоксова компонента и т.д. Многочастотное излучение, содержащее спектральную компоненту с частотой лазера 1 и его стоксовы составляющие, отразившись от делительного элемента 10, поступают на вход анализатора спектра 11, который при наличии в многочастотном излучении спектральной компоненты с частотой 1, находящейся в интервале частот от (-/2) до (/2), выдает электрический сигнал на второй вход блока управления 9. При поступлении этого сигнала блок управления 9 вырабатывает импульс управления (полуволновое напряжение), который со второго выхода блока управления 9 поступает на вход управляемого по поляризации элемента 13. При этом излучение с необходимой спектральной компонентой. которой, в частности, может быть и спектральная компонента лазера 1 (в этом случае исключается процесс последовательного ВРМБ) изменяет поляризацию на ортогональную и, отразившись от поляризационного элемента 14, поступает на вход схемы голографирования 3, в которой оно разделяется на 4 9629 1 2007.08.30 опорный и предметный пучки (формируют опорный канал 4 и объектный канал 6). Освещают регистрирующую среду 5 опорным пучком, а объект 7 - предметным пучком и записывают первую голограмму. При поступлении на первый вход блока управления 9 с модуля сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска 8 второго электрического сигнала управления аналогично формируют излучение второго импульса с частотой 2, находящейся в интервале частот от (-/2) до (/2), и записывают вторую голограмму. Роль оптической линии задержки 12 сводится к осуществлению временного разделения спектральных составляющих многочастотного излучения для работы электрической части схемы. Способ и устройство для его реализации работоспособны и при многоимпульсной генерации лазера 1. Точность воспроизведения частоты генерации от импульса к импульсу определяется параметрами нелинейной среды. Связь модуля сопряжения для подачи на вход блока управления команды запуска 8 с объектом 7 может иметь различную природу(например, оптическая связь). Применялся рубиновый лазер с активной модуляцией добротности и модулем сопряжения по фазе колебаний исследуемого объекта. Анализатор спектра представлял собой фотоэлектрическую схему управления электрооптическим затвором. Оптическая линия задержки составляла величину 18 м. Управляемым по поляризации элементом являлся кристалл-среза, на который подавалось полуволновое напряжение с одного из выходов специально разработанного блока управления. В качестве делительного элемента использовали стеклянную пластинку. Модулятор добротности построен на основе кристалла-среза, на который с первого выхода блока управления подавалось управляющее напряжение, необходимое для его работы. Поляризационным элементом служило поляризационное зеркало с коэффициентом отражения (пропускания) для ортогональных поляризаций 0,97 и 0,03. Нелинейная среда - ацетон. Источники информации 1. Алексеев В.П. и др. Голографическая интерферометрия крупногабаритных объектов с использованием лазера парных импульсов на неодимовом стекле // ЖТФ. - 1986. Т. 56. -1. - С. 105-112. 2. Патент 5908 С 1, 2004. 3. Патент 4773 С 1, 2002. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5