Методы голографической интерферометрии

На одну пластинку можно записать несколько волновых фронтов, то есть несколько голограмм. Если эти волны когерентны (а чаще всего так и бывает), то при совместном восстановлении они интерферируют, а в результирующей интерферограмме останется только то, что в этих волнах было разным. Этот метод голографической интерферометрии получил название метод двух экспозиций.

Можно сделать и по другому. Отснятую голограмму объекта после обработки устанавливают с высокой точностью на прежнее место – чаще пластинки обрабатывают прямо на месте съемки. При последующем экспонировании голограммы в схеме, использованной при ее же записи, объектная волна, восстановленная с голограммы опорным пучком, будет интерферировать с новой волной, идущей от объекта. В результате можно в реальном режиме времени отслеживать динамику процессов, происходящих в объекте исследования. Такой метод голографической интерферометрии так и называется – метод реального времени.

Для более полной ясности можно подчеркнуть, что

· В классической интерферометрии интерферируют волны, которые в один момент времени прошли по разному пути.

· В голографической интерферометрии интерферируют волны, которые в разные моменты времени прошли по одному и тому же пути.

В частности, этот факт позволяет использовать в экспериментах оптические элементы обычного качества без ухудшения вида получаемой интерференционной картины – все неоднородности оптического тракта, неизменные в обеих экспозициях, будут скомпенсированы. Уникальная особенность голографической интерферометрии позволяет изучать процессы, происходящие как внутри оптически неоднородных сред, так и с диффузно отражающими объектами.

Такое было абсолютно недоступно в классической интерферометрии! Классическая интерферометрия имела дело только с процессами и объектами, изменяющимися в реальном режиме времени. В голографической интерферометрии информацию можно записать, а затем сравнить ее с той, которая пришла в другой момент времени. То есть появился еще один фактор – время. Это совершенно невозможная в классической оптике ситуация. Примером могут служить исследования вибрирующих объектов.

Интерферометрия фазовых объектов

 

Реальные объекты, с которыми приходится иметь дело в экспериментах, изменяют и фазу, и амплитуду, и направление распространения зондирующего излучения. Это приводит к тому, что основным критерием применимости каждого конкретного метода становится величина ошибки, вносимой им в конечный результат. Принято считать, что для прозрачных объектов применение интерферометрических методов диагностики допустимо, если максимальная рефракция на объекте не превышает 0,1 мрад, а влиянием поглощения можно пренебречь. Именно такие прозрачные объекты и получили название фазовых, то есть изменяющих только фазу зондирующего излучения. Всегда следует помнить, что и классическая и голографическая интерферометрия дают правильные результаты только для чисто фазовых объектов.

Виды настройки интерферометров

Внешний вид и способы расшифровки интерференционной картины, полученной любым способом интерферограммы (голографической или классической), зависят от настройки интерферометра.

Бесконечно широкая полоса

Если после регистрации первой опорной голограммы ни рабочий ни опорный пучок не трогали, то все изменения в результирующей интерференционной картине будут обусловлены только набегом фазы в каждой точке волнового фронта, вызванным процессами, произошедшими в объекте между экспозициями (в методе двух экспозиций) или в течение съемки (в методе реального времени). В этом случае говорят, что интерферометр настроен на бесконечно широкую полосу. Этот термин появился из-за того, что при интерференции тождественных волновых фронтов, распространяющихся по одному и тому же направлению и имеющих неизменный во всех точках набег фазы, результирующая интерференционная картина представляет собой одну единственную полосу – темную или светлую, в зависимости от соотношения фаз интерферирующих волн. При таком способе настройки изменения в объекте между экспозициями проявятся в появлении замкнутых интерференционных полос, как оконтуривающих неоднородность, так и находящихся внутри нее. Однако расшифровать такую интерференционную картину можно только априори зная знак изменения набега фазы при переходе от одной полосы к другой. В получаемой картине эта информация отсутствует.

Полосы конечной ширины

Если в интервале между экспозициями или рабочий или опорный пучок или сама пластинка были повернуты на какой-то угол, то результирующая интерференционная картина будет наблюдаться на фоне регулярной системы равноотстоящих друг от друга параллельных полос. Шаг этих полос определяется величиной угла поворота, а ориентация полос зависит от способа их создания. Такая настройка интерферометра называется настройкой на полосы конечной ширины. В этом случае неоднородности в объекте проявляются в виде искривления опорной системы полос. Для расшифровки такой интерференционной картины априорная информация не нужна. Знак изменения набега фазы, то есть направление счета полос, задается направлением сдвига оптических элементов схемы при создании системы этих полос.