Голографическая установка

 

ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая размещенные на стабилизирующей платформе источник когерентного излучения, оптические -элементы, рбразующие оптические системы формирования опорного и предметного пучков , и регистратор голограммы, о тличающаяся тем, что, с целью снижения механических и акустических помех при одновременном уменьшении габаритов и веса, стабилизирующая платформа выполнена в виде заключенных в кожух одинаковых жестко соединенных между собой стержнями пространственно-разнесенных несущих элементов, на которых жестко закреплены оптически связанные оптические элементы, перпендикулярно несущим элементам в жесткой связи с ними установлен защитный экран с отверстиями , разделяющий внутренний .объем установки на две зоны, в одной из которых установлен лазер с оптичессл ким поворотным элементом, а в дру- ( гой - остальные оптические элементы, жестко Закрепленные в крепежньк местах несущих элементов, вьшолненных в виде пластин, а кожух выполнен вибрационно развя занньм с несущими ьо элементами. О5 сл о оо 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И- к

) г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИЙ (21) 3715404/24-25 (22) 06.04.84 (46) 23. 10.86. Бюл. Ф 39 (71) Ордена Ленина физико †технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) С.Б.Гуревич, В.Б.Константинов, Д.Ф.Черных, С.A.Ïèñàðåâñêàÿ, А.И.Латьппев, В.М.Левушкин и M.Ñ.×åáåðÿê (53) 772.99(088.8) (56). Голография..Методы и аппаратура.

Под ред. В.M.Ãèíçáóðã и B М.Степанова. N.: Сов. радио, 1974, с. 370.

Wierrker R.F. Holography on the

NASA Space Shuttle. Proc. of the

Тп егпаг.1опа1 Conference "Optical

in 4 dimensions". 4 august, 1980, Mexico. (54) (57) ГОЛОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, содержащая размещенные на стабилизирующей платформе источник когерентного излучения, оптические элементы, образующие оптические системы формирования опорного и предметного пуч„SU, 1265688 А1 (gg 4 G 03 H 1/02, G 01 М 11/04 ков, и регистратор голограммы, о т— личающая ся тем, что, с целью снижения механических и акустических помех при одновременном уменьшении габаритов и веса, стаби— лизирующая платформа выполнена в виде заключенных в кожух одинаковых жестко соединенных между собой стержнями пространственно-разнесенных несущих элементов, на которых жестко закреплены оптически связанные оптические элементы, перпендикулярно несущим .элементам в жесткой связи с ними установлен защитный экран с от— верстиями, разделяющий внутренний .объем установки на две эоны, в одной И из которых установлен лазер с оптичес- р ким поворотным элементом, а в дру- (%l Ф гой — остальные оптические элементы, С жестко закрепленные в крепежных местах несущих элементов, выполненных в виде пластин, а кожух выполнен вибрационно развязанным с несущими ! элементами °

1265688

55 содержащей размещенные на стабилиэиs рующей платформе источник когерентного излучения, оптические злементы, обраИзобретение относится к оптике, а именно к области голографии, и может быть использовано в научных исследованиях и промышленности для изучения и контроля стационарных и нестационарных процессов, деталей машин и механизмов, элементов микроэлектроники и т.д.

Для осуществления записи голограмм и голографических интерферрограмм необходимо обеспечить высокую механическую стабильность положения элемен",тов оптической схемы и источники излучения (лазера) относительно друг друга и фоторегистрирующего устройства, на котором осуществляется запись голограммы или голографической интерферограммы. Сдвиг интерференционной картины в плоскости регистрации на долю периода (0,2—

0,3 мкм) за время экспозиции практически полностью разрушает запись, поэтому при создании голографических приборов стремятся достичь максимальной механической стабильности. Нарушение механической стабильности! происходит иэ-эа наличия механических вибраций, акустических колебаний, воздушных потоков и теплового расширения элементов голографической схемы.

Известны голографические установ ки, содержащие расположенные после довательно на массивных плитах или оптических:скамьях элементы оптической схемы — источник света (лазер), светоделитель, зеркала, линзы и регистратор голограмм. Плиты снабжены виброопорами, системами сообщающихся воздушных подушек, антивибрационными пневматическими подушками, либо плиты установлены на заглубленных в земле фундаментах.

Массивные плиты предназначены для гашения высокочастотных механических колебаний; пневматические подушки, виброзащитные опоры и заглубленные в земле фундаменты защищают устройства от влияния низкочастотных механических колебаний. Для уменьшения влияния акустических помех, вызывающих несинхронные колебания элементов оптической схемы в известных устройствах, элементы закрепляют на массивных опорах, либо на плоскости плит, а также применяют различные шумоподавляющие экраны. Плиты и опоры оптических элементов выполняют из мате5

Э5

45 риалов с минимальным коэффициентом линейного и объемного расширения для уменьшения влияния деформаций и смещений под действием температурной нестабильности .

В результате такого традиционного конструктивногo выполнения голографических установок оказываются очень большими их габариты и стоимость; эксплуатация известных установок требует обслуживания квалифицированным персоналом, установки могут работать только в стационарных лабораторных условиях.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является голографическая установка, содержащая размещенные на стабилизирующей платформе источник когерентного излуче ния, оптические элементы, образующие системы формирования опорного и предметного пучков, и регистратор голограммы. Оптический квантовый генератор закреплен на нижней стороне плиты, а все остальные элементы оптической схемы установлены на верхней стороне плиты. Эта установка имеет значительные размеры и массу. Ее габариты составляют 28 48 х х 96 смз, масса свыше 100 кг. Значительные размеры стабилизирующей плиты обусловлены необходимостью снизить до необходимого предела высокочастотные и низкочастотные механические колебания, акустические помехи, влияние температурных деформаций и .смещений. В результате установку нельзя использовать в качестве переносной, что ограничивает область ее использования. Необходимость выполнения стабилизирующей плиты большой массы приводит к увеличению ее размеров, что, в свою очередь, увеличивает относительные смещения элементов оптической схемы относительно друг друга.

Б результате эксплуатация установки оказывается черезмерно сложной и доступной лишь высококвалифицированному персоналу.

Целью изобретения является снижение механических и акустических помех при одновременном уменьшении габаритов и веса.

Поставленная цель достигается тем, что в голографической установке, 1265688

3 зующие системы формирования опорного и предметного пучков, и регистратор голограммы, стабилизирующая платформа выполнена в виде заключенных в ко жух одинаковых, жестко соединенных между собой стержнями пространственно †разнесенн несущих элементов, на которых жестко закреплены оптически связанные оптические элементы, перпендикулярно несущим элементам lO установлен защитный экран с отверстиями в жесткой связи с ними и разделяющий внутренний объем установки на две зоны, в одной из которых установлен лазер с оптическим поворот- 15 ным элементом, а в другой — остальные оптические элементы, жестко закрепленные в крепежных местах несущих элементов, причем несущие элементы выполнены в виде пластин, а кожух 20 выполнен вибрационно развязанным с несущими элементами.

Ширина и высота установки определяется размером голограмм, который для повышения качества изображения 25 делается возможно большим. Однако максимальный размер голограммы при приемлемом с практической точки зрения времени экспонирования зависит от мощности источника света. Мощность источников света типа газовых лазеров связана с их длиной: чем длинее лазер, тем выше мощность.Экспозиция при записи голограммы при заданной мощности источника также задана. Поэтому максимальный размер голограммы пропорционален И, где

W — мощность,но W L и для максимального размера голограммы при заданной длине источника когерентного излуче- 40 ния можно написать х a+L, у Ь Е; Z = (L+1) {1)

Экспериментально установлено, что величины коэффициентов о и 6 лежат в указанных пределах и независимы 45 друг от друга. Выбор величин коэффициентов а. и д в указанных пределах влияет на размер пластинчатых рам и определяется в конечном счете необходимым задаваемым размером 50 объекта и голограммы, т.е. чтобы при необходимости осветить должным образом объект и зарегистрировать голограмму соответствующих размеров, необходимо изменить конфигурацию 55 расположения оптических элементов на пластинчатых рамах, что приводит к необходимьм изменениям размеров рамы (х, у): рама может быть квадратом (x = у), прямоугольниками различной формы (х > у или х (у), но при этом для сохранения стабилизирующего свойства платформы величины коэффициентов а и Ь должны остаться в указанных пределах.

Количество пластинчатых рам не менее трех, соединенных между собой стержнями, обеспечивает необходимую жесткость платформы и трехмерное распределение оптических элементов голографической схемы: на первой раме расположены два отражающих зеркала, которые разворачивают пучок от источника кбгерентного излучения в оптическую схему, на второй раме установлены светоделитель и дополнительное зеркало, формирующее опорный пучок, на третьей раме установлен регистратор голограммы. Между источником когерентного излучения и оптическими элементами установлен жестко связанный с пластинчатыми рамами светозащитный экран в виде пластины с рифленой поверхностью, обращенной к источнику, что наряду с увеличением жесткости каркаса обеспечивает также добавочное подавление акустических помех и тепловую стабилизацию.

Выполнение стабилизирующей платформы в виде стержней и пластинчатых рам обеспечивает требуемое трехмерное расположение оптических элементов.

Для дополнительного подавления внешних вибраций, акустических и тепловых колебаний стабилизующая платформа помещается в металлический кожух, -снабженный резиновыми прокладками.

Тр ехмерное, объемное, сбалансированное расположение эЛементов оптичес кой схемы на пластинчатык рамах платформы в сочетании с размерами рам и стержней, удовлетворяющими найденным соотношениям (1), обеспечивает необходимую жесткость, виброзащищенность и нечувствительность к внешним механическим воздействиям иэ-эа малости, синхронности и одинаковости смещения элементов оптической схемы и согласование параметров источника света (мощности), геометрию оптической схемы и характеристик регистрирующих устройств и материалов.

Взаимосвязь всех признаков и обеспечение конструкцией соотношения (1) 1265688 обеспечивает минимальное относительное смещение оптических элементов голографической схемы и тем самым обеспечивает стабильность работы установки. При этом снижаются требования к условиям эксплуатации (отпадает необходимость в стационарных виброэащищенных помещениях, фундаментах и пр.) и расширяется область применения установки, так как установка может использоваться в заводских. лабораториях, при любых производственных условиях контр0ля технологи ческих процессов, исследования труднодоступных объектов, биологических микрообъектоз и процессов.

Существенно уменьшаются габариты и масса установки в среднем она весит 5 кг и имеет следующие габаритные размеры: длина 45 см, ширина

17 см, лысота 12 см.

На фиг, 1 представлена оптическая схема установки с оптическими элементами, закрепленными на трех рамах, на фиг. 2 — установка с тремя рамами, на фиг. 3 — сечение А — А на фиг. 2; на фиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 2 на фиг. 5 — вид В на фиг. 2.

В состав установки входят первая вторая 2 и третья 3 рамы, стержни 4, источник .5 когерентного излучения, зеркала 6, оправа 7 зеркала, корпус 8 зеркала, дополнительное зеркало 9, светоделитель 10, линзы

11, объект 12 голографирования, регистратор 13 голограж, светозащитный экран

Пластипчатыс рамы 1 — 3 (фиг. 2) скреплены стержнями 4 и образуют стабилизирующую платформу. В отверстиях рам 2 и 3 параллельно стержням закреплен источник 5 когерентного из лучения . В отверстиях рамы 1 (фиг.3) закреплены в оправах 7, вставленных в корпус 8, два поворотных зеркала 6 и источник 5 когерентного излучения.

В отверстиях рамы 2 (фиг. 4) закреплены в оправах 7, вставленных в корпус 8, светоделитель 10, дополнительное зеркало 9, две линзы 11 и источник 5 когерентного излучения.

В отверстиях рамы 3 (фиг. 5) закреплены регистратор 13 голограммы

1О и источник 5 когерентного излучения.

В отверстиях пластинчатых рам 1-3 вставлен светозащитный экран 14, отделяющий источник 5 когерентного излучения от элементов оптической

15 схемы.

Голографическая установка, собранная на стабилизирующей платформе с тремя рамами, работает следующим образом.

20 Свет от когерентного источника 5 (фиг. 1), закрепленного на рамах 2 и 3 (фиг. 2), с помощью зеркал 6, закрепленных на раме 1, направляется на светоделитель 10, расщепляющий световой поток на два.

Световой поток, прошедший через светоделитель 10, с помощью линзы 11 формирует световой поток, освещающий объект 12 голографирования. Световой

ЗО поток, отраженный светоделителем 10 с помощью дополнительного зеркала 9, расширенный линзой 11 направляется на регистратор 13 голограммы и является опорным пучком. Свет, рассеянный объектом 12 голографирования, также падает на регистратор 13 голограммы, который регистрирует картину интерференции опорной и объектной волн (голограмму) .

4О Количество рам в голографической установке может быть увеличено для размещения дополнительных оптических элементов или при необходимости использования другой оптической схемы.

1265688

A-А

Риг..7

Составитель В.Аджалов

Техред ИсПопович . корректор Л.Пилипенко

Редактор Н.Егорова

Заказ 5660/42

Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4