Методы голографической интерферометрии

На одну пластинку можно записать несколько волновых фронтов, т.е. 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 метода 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.

Необходимо 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.

Таким образом, голография – это метод волнового фронта, рассеянного объектом на некотором регистраторе (например, на плоской фотопластинке), и последующего восстановления записанного волнового фронта. Она позволяет получить с помощью одного измерительного прибора одновременно очень большую и, как правило, непрерывную информацию об объекте измерения. В отличие от фотографии на голограмме записывается не изображение объекта, а волновая картина рассеянного объектом света. Голограмма получается в результате интерференции разделенного на две части монохроматического потока электромагнитного излучения, рассеянного голографируемым объектом, и прямого (опорного) пучка, падающего на голограмму, минуя объект.

Интерференционная картина, зарегистрированная на проявленной фотопластинке в результате сложения волновых фронтов, отображается на ней в виде совокупности интерференционных полос с различной плотностью почернения. Наибольшая плотность почернения соответствует волновым фронтам, пришедшим в фазе, где поля складываются, а наименьшая – волновым фронтам, пришедшим в противофазе. Отображаемая на голограмме картина волновых фронтов в общем случае не имеет сходства с реальным объектом и, тем не менее, содержит информацию об объекте.

Голографическая интерферометрия имеет ряд преимуществ по сравнению с обычной интерферометрией. В голографическом интерферометре благодаря возможности регистрации волновых фронтов в различные моменты времени используется, как правило, один и тот же тракт. Это позволяет производить сравнение волновых фронтов от реальных объектов с волновыми фронтами, восстановленными с заранее полученных голограмм образцовых объектов; либо сравнение волновых фронтов от одного и того же объекта, полученных в различные моменты времени.

Голографическая интерферометрия не только обладает всеми возможностями интерферометрии, но и имеет ряд новых. Так, например, методами голографической интерферометрии можно изучать деформации отражающих трёхмерных объектов сложной формы и объёмные распределения различных физических параметров внутри преломляющих (фазовых) объектов.

Как было показано, для получения голографических интерферограмм используется, в основном, два метода: метод двойной экспозиции и метод наблюдения интерферограмм в реальном масштабе времени.

В методе двойной экспозиции на одной фотопластинке при неизменном опорном пучке регистрируются две голограммы объекта: одна до приложения возмущающих сил или до начала процесса и вторая через некоторый интервал времени после приложения сил или начала процесса. Метод двойной экспозиции в основном используется при изучении быстро протекающих процессов.

Метод наблюдения интерферограмм в реальном масштабе времени используется в большинстве случаев при наблюдении сравнительно медленных процессов либо при контроле с помощью одной голограммы серии стационарных объектов.

Наибольшее распространение в настоящие время получили две схемы голографирования: двулучевая схема (по Лейту и Упатниексу) и однолучевая схема (по Ю. Денисюку).

В однолучевой схеме опорной волны как таковой нет. Она формируется из волны, не претерпевшей рассеяние при прохождении через объект.

В двулучевой схеме объектные и опорные пучки разделены в пространстве и падают на регистратор под разными углами. Эти схемы различны тем, что в двулучевой схеме интерферирующие волны падают на регистратор с одной стороны, а в схеме во встречных пучках – с двух сторон.