Гетеродинный способ обработки голограмм и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к опти-, ческому приборостроению. Цель состоит в расширении области применения и компенсации аберраций оптической системы. Опорную диаграмму записывают без однородности. Затем совмещают опорную и объектную голограммы и приводят одну из голограмм в движение с постоянной скоростью. Точное совмещение голограмм фиксируют по дополнительному электрическому сигналу. В устройстве для реализации гетеродинного способа обработки голограмм одна из частей узла совмещения голограмм установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограммы. Введен двигатель, установленный на неподвижной части узла совмещения. Для точного совмещения голограмм установлен дополнительный фотоэлемент, вырабатывающий электрический сигнал в момент совмещения голограмм. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1368851

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3928349/31-25 (22) 12.07.85 (46) 23.01.88. Бюл. Ф 3 (71) Гродненский государственный университет (72) И.С.Зейликович, E.М.Платонов и В.В.Чиграй (53) 772.99(088.8) (56) Вест Ч. Голографическая интерфотометрия. — М.: Мир, 1982, с. 301302.

Hartlove I. Digital hetегоdine

holographic interfегоmetry of flow

fields. — In: 0pt. Four. Dimensions

Conf Епяепайа 1980, У* Ч. 1981, р. 276-281. (54) ГЕТЕРОДИННЫЙ СПОСОБ ОБРАБОТКИ

ГОЛОГРАММ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (57) Изобретение относится к опти-, ческому приборостроению. Цель состо(50 4 G 03 Н 1/04 G Ol В 9/021 ит в расширении области применения и компенсации аберраций оптической системы. Опорную диаграмму записывают беэ однородности. Затем совмещают опорную и объектную голограммы и приводят одну из голограмм в движение с постоянной скоростью. Точное совмещение голограмм фиксируют по дополнительному электрическому сигналу.

В устройстве для реализации гетеродинного способа обработки голограмм одна из частей узла совмещения голограмм установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограммы. Введен двигатель, установленный на неподвижной части узла совмещения. Для точного совмещения голограмм установлен дополнительный фотоэлемент, вырабатывающий электрический сигнал в момент совмеще- ( ния голограмм. 2 с.п. ф-лы, I ил.

1368851

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может использоваться в газо- и гидродинамике, теплофизике и теплотехнике, акустике, физике плазмы.при исследовании прозрачных неоднородностей.

Целью изобретения является расширение области применения и компенсации аберраций. 10

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит источник 1 излучения, телескопическую систему 15

2 и 3, неподвижную часть 4 узла совмещения голограмм, фотоэлемент 5, подвижную часть 6 узла совмещения, источник 7 света, объектную 8 и опорную

9 голограммы, отверстие 10, двига-. . 2р тель ll телескопическую систему, содержащую объектив 12, диафрагму 13 и второй объектив 14, матрицу 15 фотоэлементов, электронную систему измерения разности фаз электрических сигналов, включающую усилители-формирователи 16 и 17 сигналов с фотоэлементов, расположенных соответственно в невоэмущенной и возмущенной неоднородностью областях рабочего поля аналоговый коммутатор 18 сигналов фотоэлементов, расположенных в возмущенной области, схему 19 формирования сигнала, длительность которого равна периоду опорного сигнала (невозмущенная область), фазовый детектор 20 со схемой определения знака фазы, блоки 21 и 22 формирования кода длительности интервалов, блок 23 регистров, генератор 24 тактовых им- 4р пульсов, усилитель-ограничитель 25 сигнала дополнительного фотоэлемента, фиксирующего совмещение голограмм и ЭВМ 26.

Опорная голограмма 9, зарегистри- 4 рованная без неоднородности, и объектная голограмма 8, зарегистрированная с неоднородностью, устанавливаются в специальный узел совмещения, состоящий из неподвижной 4 и подвижной 6 частей и позволяющий точно совместить голограммы. Голограммы освещаются коллимированным пучком света, сформированными телескопической системой 2 и 3. В плоскости 13 производится фильтрация первого порядка дифракции света. Совмещение голограмм контролируют в оптически сопряжен" ной плоскости 15, добиваясь их вэаимным смещением и разворотом настройки, например, на бесконечно широкую интерференционную полосу. При этом заданное пространственное положение голограмм фиксируется по дополнительному электрическому сигналу, вырабатываемому системой источник 7 света— совмещенные отверстия 10 — фотоэлемент 5. Одну из голограмм, например

9, приводят в возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью, в плоскости 15 осуществляют преобразование светового сигнала в электрический, а с помощью электронной системы 16 — 26 измеряют разность фаэ электрических сигналов. Опорная и объектная голограммы, эарегистриро/ ванные в одном голографическом интерферометре, имеют одинаковые аберрации при их точном совмещении, а их коэффициенты пропускания определяют выражениями

, -1+cost 27 ) х+ (р(х,у));

< 1+cos (27i4x+Qx,у)+Е(х,y)), где х,у — координаты в плоскости голограммы, одна из осей которых перпендикулярна, а другая — параллельна штрихам голограмм; — пространственная частота штрихов голограмм;

4(x,у) — аберрации оптической системы;

y(x,у) — изменение фазы; вносимое неоднородностью.

При освещении совмещенных голограмм одним опорным пучком и интерференции восстановленных первых порядков дифракции света компенсируются аберрации оптических систем, используемых как для записи голограмм, так и в процессе восстановления. В процессе восстановления совмещенных голограмм, одна из которых, например опорная, имеет в момент совмещения скорость U, в плоскости 15, оптически сопряженной с плоскостью совмещенных голограмм, модуляция интенсивности излучения в невозмущенной и возмущенной неоднородностью областях рабочего поля определяется выражениями

I „1+соя (2 74Ut );

Iâ1+ños (2114Ut+Г(х,y)j .

Таким образом, изменение интенсивности во времени осуществляется с

1368851 где ХНТв

E(x,у) U з частотой (4U). С преобразованием светового сигнала в электрический измеряется разность фаз между двумя электрическими сигналами, соответствующими возмущенной и невозмущенной

5 областям, тем самйпи непосредственно регистрируется изменение фазы, вносимое неоднородностью.

Регистрация опорной голограммы без неоднородности позволяет расширить область применения способа при исследовании быстропротекающих или нестационарных процессов, требующих получения ряда голограмм, соответствующих разным моментам времени, при этом осуществляется запись сначала объектной, а затем опорной голограмм на разные фотоносители, которЬ|е в процессе восстановления совмещаются.

Точные совмещения голограмм контролируются по восстановленной интерференционной картине с настройкой на бесконечно широкую полосу.

Известный способ не позволяет осу- 25 ществить регистрацию киноголограмм из-за невозможности точного совмещения голограмм в процессе записи. Ос"" вещение совмещенных голограмм в процессе восстановления одним опорным пуском позволяет компенсировать аберрации оптической системы регистрации голограмм и аберрации оптической системы формирования опорного пучка, которые одинаковым образом входят в восстановленные первые порядки дифрак-35 ции света на опорной и объектной голограммах, а следовательно, вычитаются при интерференции, При этом точное совмещение голо- 40 грамм фиксируется по дополнительному электрическому сигналу. В известном способе голограмма в процессе восстановления освещается двумя опорными пучками, оптические системы формиро- 45 вания этих пучков имеют в общем случае различные аберрации, которые не компенсируются, а кроме того, дополнительные аберрации могут вносить акустооптические модуляторы, установ- 50 ленные в обоих пучках. Приведение одной из голограмм в возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью позволяет промодулировать ин-. тенсивность восстановленной интерференционной картины по времени с определенной частотой более простыми по сравнению с известным способом средствами.

Устройство работает следующим об\ разом.

Излучение от источника 1 света коллимируется системой 2 и 3 и направляется на совмещенные опорную и объектную голограммы, установленные в специальный узел совмещения, состоящий из неподвижной 4 и подвижной 6 частей. Точное/совмещение голограмм при этом контролируется в плоскости

15, оптически сопряженной с плоскостью совмещения голограмм с помощью телескопической системы 12 и 14, при интерференции первых порядков дифракции света на голограммах, которые фильтруются узлом фильтрующей диафрагмы 13, с настройкой на бесконечно широкую интерференционную полосу.

После совмещения голограмм в плоскости 15 устанавливается матрица фотоэлементов, которая преобразует световые сигналы в электрические, Пространственное совмещение голограмм фиксируется с помощью системы из отверстий

10 в обеих частях узла совмещения, против которых установлены источник

7 света на подвижной части 6 и дополнительный фотоэлемент 5 на неподвижной части 4, вырабатывающий электрический сигнал при совмещении отверстий 10.

Двигатель ll, установленный на неподвижной части узла совмещения голограмм, осуществляет возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью подвижной части 6, которая установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам решетки. При этом осуществляется модуляция интенсивности по времени в восстановленной интерференционной картине по синусоидальному закону- в соответствии с формулами

Х„ l+соя (2« Ut); в-1+сов f2T VUt+ f(x,y)7, интенсивности излучения в невозмущенной и возмущенной неоднородностью областях рабочего поля; пространственная частота штрихов голограмм; изменение фазы, вносимое неоднородностью в объектную волну; скорость движения подвижной части узла совмещения голограмм;

1368851 где — период изменения электричес> кого сигнала; д7 — интервал, соответствующий временной задержке сигнала, поступающего с датчиков, расположенных в возмущенной области рабочего поля, относительно опорного сигнала.

Электронная система 16-26 осуществляет измерение сдвигов фаз регистрируемых сигналов по величине и знаку. Опорный сигнал поступает на усилитель-формирователь 16, который усиливаЕт сигнал и преобразует его в импульсы прямоугольной формы с фронтом и срезом, соответствующим переходу входного сигнала через нулевой

35 уровень. Сигнал с выхода усилителяформирователя 16 поступает на вход формирователя 19 сигнала, который формирует импульсный сигнал, длительность которого равна периоду входной иипульсной последовательности, посту40 лающей с усилителя-формирователя 16.

Сигналы, соответствующие возмущенной области рабочего поля, поступают на в годы аналогового коммутатора 18, на вторые входы которого от ЭВМ 26 45 по адресной шине поступает ход адреса коимутируемого фотоэлемента, С выхода комиутатора 18 сигнал поступает на вход усилителя-формирователя 17, выполняющего функции, аналогичные усилителю-формирователю 16. Сигналы с выхода схемы 19 и усилителя-формирователя 17 подаются на фазовый детектор 20, который формирует импульсы с

55 длительностью, по абсолютной величине равной разности между моментами прихода передних фронтов импульсов с усилителя-формирователя 17 и

50 время; х,у — координаты в плоскости матрицы фотоэлементов.

Матрица фотоэлементов преобразует световой сигнал в электрический, также изменяющийся по синусоидальному закону и отличающийся по фазе в возмущенной области от опорного сигнала и сигнала, соответствующего 10 произвольной точке возмущенной области поля, непосредственно по величи— не и знаку, связанного с изменением фазы, вносимым неоднородностью и объектную волну в данной точке соотношением

Г(х>у)=27 С(х,y), схемы 19, и одновременно формирует двоичный сигнал, значение которого определяет знак сдвига фаз между входными сигналами. Код знака фазы фиксируется в блоке 23 регистров. Сформированные сигналы длительностью di u ь поступают соответственно на нходы блоков 21 и 22 формирования кода длительности интервала d C и, которые являются стробируемыми счетчиками импульсов. Счетчики подсчитывают импульсы, вырабатываемые задающим генератором 24, а количество подсчитанных импульсов пропорционально длительности интервалов д> и с. Работа блоков

21 и 22 разрешается сигналом от дополнительного фотоэлемента 5, который поступает на усилитель-ограничитель

25 сигнала, представляющий усилитель с пороговым устройством. Блоки 21 и

22 формируют также сигнал "Конец преобразования 1> 2", появление которого означает, что н счетчиках блоков 21 и 22 фиксируется код длительности д и и происходит перезапись содержимого счетчиков в блок 23 регистров, в котором дополнительно фиксируются сигналы: "Конец преобразования 1,2", знак фазы и сигнал от дополнительного фотоэлемента 5.

ЭВМ 26 анализирует состояние блока 23 регистров, когда последний фик сирует сигналы "Конец преобразования 1, 2", в ЭВМ по входной шине данных поступают коды л > и код знака фазы. ЭВМ выдает сигналы очистки блоков 21-23, начальной установки схемы определения знака фазы фазового детектора 20 и формирует адрес следующего фотоэлемента.

Установка одной из частей узла совмещения голограмм на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограмм, и введение двигателя, установленного на неподвижной части узла совмещения и осуществляющего возвратно-поступательное движение с постоянной скоростью подвижной части узла совмещения, поэноляют модулировать интенсивность s восстановленной о интерференционной картине по времени с определенной частотой, зависящей от скорости движения подвижной части узла совмещения, не вводя акустооптических модуляторов, вносящих погрешности в измерения за счет аберраций.

Выполнение отверстий в обеих частях узла совмещения и фиксация точного

1368851 пространственного совмещения голограмм по сигналу, вырабатываемому системой

1 источник света и дополнительный.фотоэлемент, установленные против отверстий, позволяют компенсировать аберрации оптической системы записи голограмм и, используя при восстановлении один опорный пучок, системы восстановления. 10

Кроме того, это обеспечивает работу системы с двумя совмещенными голограммами, регистрация которых позволяет исследовать быстропротекающие процессы с получением ряда голограмм или киноголограмм, что расширяет область применения устройства.

Формула изобретения

1. Гетеродинный способ обработки голограмм, заключающийся в освещении объектной голограммы, зарегистрированной с неоднородностью фильтрации первого порядка дифракции света, пре- 2g образовании световых сигналов в электрические и измерении разности фаэ электрических сигналов, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения области применения и компен-! сации аберраций, регистрируют опор" ную r oëoãðàììó беэ неоднородности, совмещают опорную и,объектную голограммы, приводят одну иэ голограмм в возвратно-поступательное двюкение с постоянной скоростью, а разность фаэ измеряют в момент пространственного совмещения голограмм, 2, Устройство для обработки голограмм, содержащее осветительную систему, включающую источник освещения голограмм, телескопическую систему, узел совмещения голограмм, состоящий иэ двух частей, и приемную систему, l

a êëþ÷àþùóþ телескопическую систему с узлом .фнльтрующей диафрагмы, располохенные последовательно матрицу. фотоэлементов, соединенную с электронной системой измерения разности фаэ электрических сигналов, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и компенсации аберраций, одна из частей узла совмещения голограмм установлена на направляющей, ориентированной перпендикулярно штрихам голограмма, и в устройство дополнительно введены двигатель, установленный на неподвикной части узла совмещения голограмм, и датчик совмещения голограмм, соединенный с дополнительным фотоэлементом, выход которого связан с электронной системой измерения разности фаз электрических сигналов.

1368851

Составитель В.Адисалов

Редактор И.Шулла Техред М.Дидык Корректор С.Шекмар

Заказ 293/49

Тирам 442 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4