Интерферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИНТЕРФЕРОМЕТР НА ГОЛОГРАММНЫХ ЛИНЗАХ С РАССЕЯННОЙ ОПОРНОЙ ВОЛНОЙ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(72) Автор Яничкин Валентин Викторович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный университет имени Янки Купалы(57) Интерферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной, содержащий оптически связанные коллиматор и приемную систему, включающую фокусирующую голограммную линзу, объектив, отражающее зеркало, рассеиватель и регистрируемую голограмму, отличающийся тем, что рассеиватель выполнен в виде голограммного двухэкспозиционного элемента, а регистрируемая голограмма установлена вплотную между телеграммным двухэкспозиционным элементом и прозрачной подложкой отражающего зеркала, которые расположены в общем держателе, снабженном устройством фиксированного углового поворота.(56) 1. Бекетова А.К., Белозеров А.Ф., Березкин А.Н. и др. Голографическая интерферометрия фазовых объектов. - Л. Наука, 1979. - С. 164-172. 2. А.с. СССР 532279, 1976. 93472013.08.30 Интерферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной относится к области оптического приборостроения и может быть использован в газо- и гидродинамике, теплофизике, физике плазмы и других областях экспериментальной физики при изучении прозрачных неоднородностей. Известны интерферометры с узким опорным пучком 1, проходящим через невозмущенную неоднородностью область рабочего поля. Недостатком данных интерферометров является ограниченная область применения, что проявляется при исследованиях фазовых объектов, когда рабочее поле полностью возмущено неоднородностью. В этом случае прохождения опорного пучка осуществляют в обход предметной ветви, что снижает виброустойчивость интерферометра и усложняет его конструкцию. Изучение фазовых объектов, полностью возмущенных неоднородностями, а также объектов больших размеров, превышающих диаметр рабочего поля, производят с помощью интерферометров с рассеянной опорной волной, сформированной из объектной 2. Недостатком интерферометров с кольцевым рассеивателем является нерегулируемая настройка интерференционной картины. К недостаткам интерферометров, содержащих в приемной части светоделитель, поворотные зеркала, рассеиватель и голограмму, следует отнести ограниченную виброустойчивость, которая связана, во-первых, с возможными угловым отклонениями предметности волн между двумя экспозициями из-за смещений объективов и поворотных зеркал, что делает настройку интерференционной картины практически неуправляемой, и, во-вторых, с возможными относительными перемещениями рассеивателя и голограммы, что снижает качество интерферограмм или приводят к отсутствию восстановительной интерференционной картины. Кроме того, ограничена область применения интерферометров при исследовании фазовых объектов больших размеров вследствие необходимости использования крупногабаритной оптики. Указанные недостатки можно частично компенсировать применением голограммной оптики и способа, основанного на использовании двух опорных пучков. Голограммная оптика позволяет создать в интерферометрах большое рабочее поле, а способ двух опорных пучков, каждый из которых используется в разных экспозициях, дает возможность реализовать интерферометр с управляемой настройкой интерференционной картины. Таким образом, суммируя отличительные признаки известных интерферометров и интерферометров на голограммной оптике с двумя опорными пучками, можно рассмотреть известный интерферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной, принятый за прототип 1. Данный интерферометр содержит последовательно установленные и оптически связанные коллиматор с голограммной линзой и приемную систему, включающую фокусирующую голограммную линзу, объектив, два светоделителя и отражающее зеркало, формирующее три раздельных коллимирующих пучка для освещения регистрируемой голограммы, и рассеиватель в одном из пучков. Голограммы регистрируются методом двукратной экспозиции рассеянной волны и одной из нерассеянных волн. При освещении полученной голограммы двумя опорными пучками производят управляемую настройку восстановленной интерференционной картины с нужным периодом и направлением интерференционных полос. Очевидна сложность конструкции такого интерферометра, содержащего в приемной части по крайней мере три объектива, два светоделителя и поворотное зеркало, что требует дополнительных мер по обеспечению виброустойчивости оптической системы интерферометра. Требования юстировки и эксплуатации интерферометра делают необходимым освещение регистрируемой голограммы в каждой экспозиции двумя пучками при блокировке третьего пучка. В результате неполностью используется энергия источника излучения, что является недостатком данного интерферометра. Другим недостатком является ограниченная виброустойчивость прибора, связанная с возможными смещениями рассеивателя и регистрируемой голограммы, что сужает область применения интерферометра в условиях вибраций экспериментальных установок аэродинамических и аэробаллистических труб, частотных электроразрядных лазеров и т.д. 2 93472013.08.30 Технической задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является уменьшение потерь излучения за счет упрощения конструкции, а также расширение области применения интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной. Поставленная задача решается благодаря тому, что в известном интерферометре на голограммных линзах с рассеянной опорной волной, содержащем оптически связанные коллиматор и приемную систему, включающую фокусирующую голограммную линзу,объектив, отражающее зеркало, рассеиватель и регистрируемую голограмму, предусмотрены следующие отличия рассеиватель выполнен в виде голограммного двухэкспозиционного элемента, а регистрируемая голограмма установлена вплотную между голограммным двухэкспозиционным элементом и прозрачной подложкой отражающего зеркала, которые расположены в общем держателе, снабженном устройством фиксированного углового поворота. На фигуре приведена схема интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной. Сущность интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной поясняется фигурой. Интерферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной состоит из коллиматора, состоящего из линз 1 и 2, и приемной системы, включающей фокусирующую голограммную линзу 3, объектив 4, а также рассеиватель, выполненный виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, при интерференции рассеянной волны поочередно с двумя плоскими волнами, регистрируемую голограмму 6 и отражающее зеркало 7, установленные вплотную в общем держателе 8, снабженном устройством фиксированного углового поворота. Интерферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной работает следующим образом. Узкий пучок лазерного излучения расширяется в коллиматоре, состоящем из линз 1 и 2, фокусируется голограммной линзой 3, коллимируется объективом 4 до размеров поля регистрации и освещает рассеиватель, выполненный в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, при интерференции рассеянной волны поочередно с двумя плоскими волнами, восстанавливая таким образом рассеянную волну, которая проходит через регистрируемую голограмму 6, прозрачную подложку отражающего зеркала 7, отражается в обратном направлении и взаимодействует на регистрируемой голограмме 6 с волной нулевого порядка дифракции рассеивателя, выполненного в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5. Паразитная засветка регистрируемой голограммы 6 прямопрошедшей рассеянной волной практически не влияет на дифракционную эффективность регистрируемой голограммы 6 из-за высокой дифракционной эффективности голограмм, записываемых во встречных пучках. Таким образом осуществляется первое экспонирование регистрируемой голограммы 6 при отсутствии исследуемого объекта в рабочем поле интерферометра. Рассеиватель, выполненный в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, регистрируется при интерференции рассеянной волны поочередно с двумя плоскими волнами, направления распространения которых отличаются на угловой размерзаписываемого рассеивателя, выполненного в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, наблюдаемого из его центра. Запись рассеивателя, выполненного в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, позволяет восстановить его независимые изображения двумя коллимированными пучками. При втором экспонировании исследуемый объект помещается в интерферометр между линзами 2 и 3,а общий держатель 8 рассеивателя, выполненного в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, голограммы 6 и отражающего зеркала 7, поворачивается на фиксированный уголи рассеиватель, выполенный в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, освещается коллимированным предметным пучком. В направлении отражающего зеркала 7 распространяется рассеянная волна, а регистрация голограммы осуществ 3 93472013.08.30 ляется так же, как и при первом экспонировании. Таким образом, освещая в процессе восстановления полученную методом двукратной экспозиции регистрируемую голограмму 6 двумя коллимированными пучками, можно зарегистрировать интерференционную картину исследуемого объекта с произвольными периодами и направлением интерференционных полос при изменении угла между пучками. Очевидно также, что возможные угловые отклонения предметного пучка между экспозициями, вследствие вибраций, ошибки в угле разворота общего держателя 8, могут быть компенсированы изменениями угла между восстанавливающими пучками, а относительные смещения рассеивателя и голограммы исключены в данном итерферометре за счет установки рассеивателя, выполненного в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, регистрируемой голограммы 6 и отражающего зеркала 7, вплотную в общем держателе 8. Таким образом, предлагаемый интерферометр на голограммных линзах с рассеяной опорной волной является практически нечувствительным к вибрациям. Оптическая система интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной отличается достаточной простотой, включает лишь три оптических элемента в общем держателе в приемной части таким образом, регистрирующая система, содержащая рассеиватель, выполненный в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, регистрируемую голограмму 6, отражающее зекало 7, общий держатель 8, может быть изготовлена в виде отдельного узла и использоваться в любом типе интерферометров. Интреферометр на голограммных линзах с рассеянной опорной волной прост в юстировке, требующей двух операций фокусировки изображения объекта в плоскость регистрируемой голограммы 6, что осуществляется до эксперимента, и разворота общего держателя 8 на фиксированный уголс невысокой точностью, что обеспечивается многими известными поворотными устройствами. Неточность разворота общего держателя 8 на уголв пределах 1/2 так же, как и возможные отклонения предметного пучка при вибрациях, компенсируется на стадии восстановления измерением угла между восстанавливающими пучками. Как видно из описания работы интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной, энергия излучения лазера полностью используется при регистрации голограммы в каждой экспозиции. Необходимо отметить также, что толщина подложкиотражающего зеркала 7 зависит непосредственно от углового размера зарегистрированного рассеивателяи диаметра поля регистрации , а имен но 22 Выполнение рассеивателя в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5 обеспечивает достижение технического результата - упрощения конструкции, поскольку заменяет собой несколько светоделителей и рассеиватель. Кроме того, изготовление рассеивателя в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5 указанным образом способствует также уменьшению потерь излучения, упрощению юстировки интерферометра и определенному применению способа двух опорных пучков. Установка регистрируемой голограммы вплотную между рассеивателем, выполненным в виде голограммного двухэкспозиционного элемента 5, и прозрачной подложкой отражающего зеркала 7 в общем держателе 8, снабженном устройством фиксированного углового поворота, позволяет исключить относительные смещения изображения рассеивателя и регистрируемой голограммы 6 и опосредовано применить метод двух опорных пучков за счет фиксированного углового разворота общего держателя 8, что делает интерферометр нечувствительным к вибрациям. Продольные и поперечные смещения общего держателя 8 исключаются замороженной системой рассеиватель - голограмма - зеркало, а угловые смещения компенсируются в процессе восстановления голограммы использованием двух опорных пучков. Указанное расположение элементов в общем держателе 8 упрощает юстировку интерферометра, уменьшает потери излучения за счет использования всей энергии изучения лазе 4 93472013.08.30 ра в каждой экспозиции, а также способствует упрощению конструкции интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной. Таким образом, как следует из описания интерферометра на голограммных линзах с рассеянной опорной волной, все его отличительные признаки способствуют достижению поставленной цели - расширение области применения, упрощение конструкции интерферометра и уменьшение потерь излучения. Кроме того, в данном интерферометре на голограммных линзах с рассеянной опорной волной реализуется простая юстировка оптической системы. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5