Оптическая галография - Кольер Р.
Скачать (прямая ссылка):
§ 1. Интерферометрия в реальном времени
Как было показано в гл. 7, § 2, п. 2, если на голограмме зарегистрирована картина интерференции предметной и опорной волн, то может быть восстановлена волна, комплексная амплитуда которой прямо пропорциональна амплитуде первоначальной предметной волны. Наилучшее восстановление достигается, если голограмму точно поместить в положение, которое она занимала во время экспонирования, и осветить ее исходным опорным пучком. Если предположить, что голограмма установлена точно на свое первоначальное место, то с точностью до постоянных амплитудного и фазового множителей восстановленная волна будет копией исходной предметной волны. (Отношение амплитуд исходной и восстановленной волн можно сделать равным единице, меняя интенсивность освещения.) Допустим, что в течение того времени, пока голограмма подвергалась фотографической обработке, т. е. в промежутке между экспонированием голограммы и установкой ее на исходное место, положение предмета остается фиксированным и он продолжает освещаться лазерным светом. Что же мы увидим, если посмотрим на предмет сквозь проявленную и установленную в исходное положение голограмму? Поскольку в большинстве исследований по голографической интерферометрии голограммы регистрируются на фотографических эмульсиях, предположим, что это имеет место и в данном случае. Вспомним также, что амплитуда восстановленной волны имеет тогда отрицательный знак (сдвинута по фазе на л) по отношению к исходной предметной волне [см. (8.3)]. Предположим, что обработка голограммы не искажает эмульсии, голограмма точно установлена в исходное положение и освещение подобрано так, чтобы уравнять абсолютные величины амплитуд волны, исходящей от предмета, и восстановленной предметной волны. При выполнении этих трех условий восстановленные волны будут гасить волны, исходящие от объекта, в каждой точке пространства по ту сторону от голограммы, где находится наблюдатель. Поэтому наблюдатель, смотрящий на предмет через голограмму, не увидит его. (В действительности наблюдается по крайней мере одна широкая светлая полоса, поскольку обработка голограммы неизбежно приводит к небольшим искажениям фотослоя.)
474
ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ
ГЛ. 15.
Если голографируемым предметом является плоская зеркальная поверхность, то голографический метод, описанный выше, дает не более того, что можно достигнуть с помощью интерферометра Майкельсона, освещенного равномерным когерентным светом (фиг. 1.16). Поскольку зеркала могут быть отполированы столь тщательно, что любой микроструктурой их поверхности допустимо пренебречь, то одну зеркальную поверхность можно считать эквивалентной другой. С помощью светоделительного зеркала в интерферометре Майкельсона данную зеркальную поверхность можно интерферометрически сравнить с эквивалентной ей поверхностью. Так же как и в голографическом методе, может наблюдаться полное гашение или усиление света.
Голографический метод, однако, имеет уникальное свойство, состоящее в том, что шероховатую рассеивающую поверхность произвольной формы со слояшой микроструктурой можно интерферометрически сравнить с другой поверхностью, обладающей точно такой же микроструктурой. В принципе это сделать не труднее, чем осуществить сравнение полированных зеркал. Мы можем рассматривать мнимое изображение диффузно рассеивающего предмета, полученное с помощью голограммы, как одну такую поверхность. Другой является поверхность самого предмета. Если исходная опорная волна освещает голограмму, возвращенную в точности в исходное положение, то мнимое изображение не только будет казаться макроскопической копией предмета, но и будет совпадать с предметом в пространстве и иметь поверхностную микроструктуру, светорассеивающие свойства которой идентичны свойствам предмета. Практически попытка заменить два зеркала интерферометра Майкельсона парой в такой же мере идентичных реальных поверхностей обречена на неудачу. Голография же позволяет решить эту задачу, и при дальнейшем рассмотрении в § 3 мы будем считать, что поверхность предмета и ее изображение являются двумя независимыми и почти идентичными физическими поверхностями.
После того как достигнуто точное совмещение мнимого изображения с предметом, последний можно подвергнуть напряжению и деформации или же освободить от приложенного напряжения и позволить ему вернуться в исходное состояние. В результате оптическое расстояние от точки наблюдения до любой точки поверхности изменится относительно расстояния до соответствующей точки эталонной поверхности (поверхности мнимого изображения). Расстояние точек поверхности от источника света, который освещает обе поверхности, также изменится. Соответственно когерентные световые лучи, рассеянные от идентичных, но смещенных участков поверхностей (участков с идентичной микроструктурой), приобретут относительный фазовый сдвиг на пути от источника до плоскости наблюдения. Вследствие фазового сдви-
§ 1. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ 475
га и вызванного им изменения амплитуды результирующей волны возникнет интерференционная картина, которая характеризует деформацию поверхности предмета. Изменение интерференционной картины наблюдается одновременно с деформацией предмета — отсюда название «голографическая интерферометрия в реальном времени». Очевидно, что вызванные напряжением деформации не должны значительно менять микроструктуру поверхности. Поскольку шероховатая поверхность действует как хаотический рассеиватель, любое значительное изменение шероховатости поверхности приведет к наложению нового беспорядочного фазового распределения на световую волну, отраженную от объекта. Волна, исходящая от объекта, и восстановленная предметная волна образуют при этом нерегулярную интерференционную структуру с высокой пространственной частотой; эту структуру уже нельзя интерпретировать как интересующую нас низкочастотную регулярную картину, обусловленную деформацией поверхности.
