Способ исследования фазовых объектов

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к теневым методам исследования фазовых объектов Цель изобретения - увеличение точности измерений и ускорение процесса обработки Регистрируют голограмму фазового объекта формируют изображение щелевого источника света объектной волной восстановленной с голограммы, периодически сканируют изображение источника света перпендикулярно кромкам визуализирующей щелевой диафрагмы В плоскости изображения теневой картины преобразуют периодические .световые сигналы в электрические Проекцию градиента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических периодических сигналов при вании только в одном направлении 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (.

1. (,, 1, г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4404119/25 (22) 17.02,88 (46) 28.02.91. Бюл. ¹ 8 (71) Гродненский государсвенный университет (72) А,М,Ляликов и Е,Л.Петровский (53) 772-,99(088.8) (56) Васильев Л.А. Теневые методы. М.: Наука, 1968, с, 44, Зейликович И.С. и др. Цветные теневые методы изучения восстановленного волнового фронта.— Оптика и спектроскопия, 1987, № 3, т. 62, с. 659-663. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВЫХ

ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к теИзобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к теневым методам исследования фазовых объектов.

Цель изобретения — увеличение точности измерений и ускорение процесса обработки.

На фиг. 1 и 2 изображен ход лучей для

I I двух точек голограммы а и б, соответствующих точкам объекта, причем расположения изображений щелевого источника относительно визуализирующей щели для фиг. 1 и 2 различны; на фиг. 3 — зависимость освещенности Е8 в точке а и значение величины тока 1 на датчике от времени; на фиг. 4 — зависимость освещенности Еа в точке б и значение величины тока 1Б на датчике от времени; на фиг. 5 — оптическая

„,5U„„1631371 А1 (я)5 G 01 И 21/41, G 03 Н 1/04 невым методам исследования фазовых объектов, Цель изобретения — увеличение точности измерений и ускорение процесса обработки. Регистрируют голограмму фазового объекта, формируют изображение щелевого источника света объектной волной,. восстановленной с голограммы, периодически сканируют изображение источника света перпендикулярно кромкам визуализирующей щелевой диафрагмы. В плоскости изображения .еневой картины преобразуют периодические световые сиг- налы в электрические. Проекцию градиента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических периодических сигналов при сканировании только в одном направлении, 5 ил, ° и схема устройства для исследования фазовых объектов.

Освещают (фиг. 1 и 2) параллельным CA) пучком света от щелевого источника голограмму 1 и объективом 2 строят изображе- () ние щелевого источника в плоскости 3 визуализирующей диафрагмы, выполнен- . д ной в виде щели, сформированное восстановленной объектной волной с голограммы

1. Для устранения дисперсии изображения щелевого источника используют монохроматическое излучение или при использовании не монохроматического излучения ориентируют щелевой источник строго перпендикулярно полосам на голограмме. При наличии в фазовом объекте зон с первыми производными показателя преломления, отличными от нуля, изображение щелевого источника в плоскости 3, сформированное

1631371 восстановленной объектной волной, искажено;-Следовательно, в зависимости от расположения изображения щелевого источника света относительно визуализирующей диафрагмы в сопряженной объективом 4 плоскости 5 изображения теневой картины, освещены различные области изображения объекта. Это значит, что каждая точка изображения объекта. на голограмме визуализируется в плоскости 5 при строго определенном положении изображения щелевого источника света относительно визуализирующей щели.

Берут на голограмме две произвольные ! точки а и б, Пусть в этих точках объекта первые производные показателя преломления различны по величине, причем в точке ! а производная равна нулю. Это значит, что соответствующие точки а и б изображения теневой картины в плоскости 5 визуализируются при различных положениях изображения щелевого источника света относительно щели визуализирующей диафрагмы, Предположим, что щель визуализирующей диафрагмы расположена так, что при восстановлении волны с точек голограммы 1, соответствующих невозмущен-! ным областям объекта (например точка а ) по нормали к голограмме 1, лучи проходят щель 3 и визуализируют в плоскости 5 невозмущенные зоны объекта (фиг, 1), Теперь осуществляют сканирование изображением щелевого источника света перпендикулярно визуализирующей щели с постоянной скоростьк< относительно визуализирующей щели в секторе углов от + а до — а, где а — угол между нормалью к голограмме и направлением положения изображения щелевого источника света в плоскости 3 и центральной точкой на голограмме.

Сканирование можно осуществить изменением угла падения света на голограмму или сканированием самим источником света. При таком сканировании точки

/ !! а и б визуализируются в плоскости 5 в соответствующих точках а и б .е различные моменты времени t> и te после начала сканирования. На фиг. 1 изображен ход лучей в момент времени t; на фиг. 2 — в момент времени t6, Если менять направление сканирования на <тротивоположное по периодическому во времени закону и регистрировать освещенность в точках а и б при.сканировании только в одном направлении, то освещенности в этих точках Е и

Е6 в плоскости 5 изменяются по периодическому во времени закону.и имеют различные фазы следования сигналов друг относительно друга.

Устанавливают в точках а и б плоскости

5 датчики 6 и 7, преобразующие периодическое изменение во времени светового сигнала в переменный электрический сигнал.

На фиг. 3 изображена зависимость освещенности Е в точке а и значение величины тоКа 4 на датчике 6; на фиг. 4 — зависимость освещенности Å в точке б и значение вели10 чины тока 16 на датчике 7 от времени t, причем Т вЂ” период следования сигналов, а длительность следования у основания сигнала без учета дифракционных эффектов on15 ределяется как 1/то = ч/(f1 + f2) где f1, f2— ширина источника света и щели визуализирующей диафрагмы.

Измеряют разность фазы hpследования электрических сигналов при сканировании изображением щели только в одном направлении, например, с помощью электронного устройства 8 (фиг, 1 и 2). Разность фазы Лр можно выразить (фиг. 3 и 4)

hp =p6 p< =te Ь (1)

От hp легко перейти к разности первых производных показателя преломления в точках обьекта, соответствующих точкам ! а и б на гологоамме. Считая, что в точке объекта, соответствующей точке на голограмме, первая производная показателя ! преломления равна нулю, а в точке б — пропорциональна углу а6 отклонения лучей в обьекте и угол сканирования а, с мал, то

35

ta и 16 выражаются

Са амакс <

V (2) (3) t6

v где f — расстояние от голограммы 1 до плоскости визуализирующей диафрагмы 3, а при освещении голограммы коллимированным пучком света равно фокусному расстоянию объектива 2, Теперь разность фаз Лр можно выра40

45 зить как

Л а--+ а-« (4)

ЛР

Первая производная. показателя пре45 ломления выражается как дх

- а6 - . (5)

На фиг. 5 изображена оптическая схема устройства для реализации способа обработки голограмм. Устройство содержит ос.ветительную систему, вкл>о <ающую щелевой источник света, выполненный в виде излучателя 9 и щели 10, с коллимирующим объективом 11. Приемная система

1631371 устройства включает голограмму 12 исследуемого объекта, фокусирующий объектив

13, щелевую виэуализирующую диафрагму

14, установленную в фокальной плоскости объектива 13, и фотоприемник 15, сопряженный с плоскостью голограммы 12 объективом 16. Причем фотоприемник выполнен в виде матрицы датчиков 17, преобразующих периодическое изменение во времени интенсивности светового сигнала в электрический сигнал и электронного блока 18, измеряющего разность фаз следования переменных электрических сигналов. В приемную систему установлены дефлектор

19 и блок 20 управления дефлектором.

Дефлектор ориентирован так, чтобы сканирование пучком света осуществлялось перпендикулярно визуализирующей щели.

Причем первый выход блока 20 управления соединен с входом дефлектора 19, а второй выход — с входом электронного блока 18.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель 9 освещает щель 10 и формирует щелевой источник света, Излучение щелевого источника света коллимируется объективом 11, затем освещается голограмма 12. Восстановленная с голограммы объектная волна формирует в фокальной плоскости, где установлена щелевая визуализирующая диафрагма 4 обьектива 13, изображение щелевого источника. С помощью блока 20 осуществляется управление дефлектором 19, который может быть выполнен, например, в виде дефлектора на активной призме. Такой дефлектор на жидких кристаллах способен плавно изменять угол отклонения лучей a (t ) во времени управлением показателя преломления дефлектором.

Блоком 20 с первого выхода осуществляется управление показателем преломления дефлектора так, чтобы изменение угла

Q(t) совершалось по линейному закону.

Это обеспечивает сканирование изображения щелевого источника света относительно визуализирующей диафрагмы 14 с постоянной скоростью. С помощью блока

20 управляется значение показателя преломления так, чтобы направление сканирования менялось на противоположное по периодическому закону. С помощью матрицы датчиков 17, установленных в плоскости . изображения теневой картины, где установлен фотоприемник 15, преобразуется периодическое изменение во времени

5 светового сигнала в переменный электрический сигнал. С помощью электронного блока 18 измеряется разность фаз следования электрических сигналов на матрицах датчиков 17. Причем измерение фаз осуществля10

50 ется при сканировании изображением щели только в одном направлении, что достигается подачей управляющего сигнала с второго выхода блока 20 на вход блока 18.

Блок 20 управления конструктивно может быть выполнен в виде функционального генератора управления дефлектором 19 и компаратора напряжения для выработки сигнала управления блоком 18, Использование предлагаемых способа обработки голограмм и устройства для его реализации позволяет по сравнению с известными способами повысить пороговую чувствительность измерений, а также их точность. Использование устройств управления и электронной обработки измерений позволяет автоматизировать процесс обработки информации с использованием ЭВМ, тем самым ускорить процесс обработки и увеличить производительность.

Формула изооретения

Способ исследования фазовых объектов, заключающийся в регистрации голограммы фазового объекта, формировании иэображения щелевого источника света волной, восстановленной с голограммы, сканировании изображения щелевого источника света, формировании теневой картины в плоскости, сопряженной с плоскостью.голограммы, и определении проекции градиента показателя преломления, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения точности измерений и ускорения процесса обработки, сканирование осуществляют дефлектором по периодическому закону, преобразуют изображение теневой картины в переменный электрический сигнал матрицей фотодатчиков, а проекцию градиента показателя преломления определяют по разности во времени следования электрических периодических сигналов при сканировании только в одном направлении.

1631371

Составитель Е.Дорофеева .

Техред М,Моргентал . Корректор В.Гирняк

Редактор И,Касарда

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 538 Тираж 404 .. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушскэя наб„4/5