способ записи контурных голограмм

Формула изобретения

СПОСОБ ЗАПИСИ КОНТУРНЫХ ГОЛОГРАММ, заключающийся в формировании многочастотного лазерного излучения, формировании из него двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними путем управления работой модулятора добротностью резонатора лазера, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины, отличающийся тем, что, с целью увеличения записываемой глубины контуров рельефа за счет повышения когерентности, выделяют из многочастотного лазерного излучения две части, одну часть пространственно разделяют по длинам волн, фильтруют две частоты и с помощью этого излучения включают модулятор добротности, а вторую часть излучения с теми же частотами используют в качестве затравочного для формирования двух импульсов на разных частотах при включении модулятора добротности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к голографической технике, может быть использовано для получения контурных карт рельефа поверхности голографическим методом.

Известен способ записи голограмм, заключающийся в экспонировании регистрирующей среды опорной частью излучения двух лазеров, имеющих различные частоты, и освещении объекта второй частью излучения тех же лазеров.

Недостатком известного способа является ограниченная область его применения, поскольку частотный интервал между спектральными линиями излучения двух лазеров практически не изменяется, что не позволяет получать контурные карты рельефа поверхностей различной глубины в связи с ограниченностью его чувствительности.

Известен способ записи голограмм, заключающийся в формировании с помощью резонансного отражателя одновременно двухчастотного лазерного излучения свободной генерации, экспонировании регистрирующей среды опорной частью лазерного излучения и освещении объекта второй частью лазерного излучения.

Недостатком известного способа является ограниченная область его применения, поскольку частотный интервал между спектральными линиями практически постоянен, что не позволяет достаточно оперативно управлять его чувствительностью при получении контурных карт рельефа поверхности различной глубины.

Из известных наиболее близким по технической сущности является способ записи голограмм, заключающийся в формировании с помощью резонансного отражателя при включении затвора одновременно двухчастотного моноимпульсного лазерного излучения, экспонировании регистрирующей среды опорной частью лазерного излучения и освещении объекта второй частью лазерного излучения.

Недостатком известного способа также является ограниченная область его применения, поскольку частотный интервал между спектральными линиями формируемого лазерного излучения также практически постоянен, что не позволяет варьировать его чувствительность и получать контурные карты рельефа поверхности объектов различной глубины. Кроме того, моноимпульсное лазерное излучение в известном техническом решении формируется из широкополосного спонтанного шума усиленной люминесценции и не отличается высокой когерентностью, что затрудняет запись контурных карт рельефа поверхности объектов больших габаритов и снижает качество записываемых голограмм.

Целью изобретения является расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что в способе записи голограмм, заключающемся в формировании при включении затвора двухчастотного лазерного излучения, экспонировании регистрирующей среды опорной частью лазерного излучения и освещении объекта второй частью лазерного излучения, предварительно формируют многочастотное лазерное излучение, которое разделяют на две части, одну часть предварительно сформированного лазерного излучения пространственно разделяют по длинам волн, фильтруют две частоты и с помощью этого излучения включают затвор, а вторую часть предварительно сформированного лазерного излучения с теми же частотами используют в качестве затравочного для формирования двухчастотного лазерного излучения при включении затвора.

Совокупность новых признаков предлагаемого способа позволяет перестраивать частотный интервал между спектральными линиями в пределах диапазона частот предварительно сформированного лазерного излучения и тем самым варьировать чувствительность при переходе от одной экспозиции к другой и обеспечивает формирование лазерных моноимпульсов из узкополосного затравочного излучения, повышая их когерентность и позволяя тем самым записывать контурные карты рельефа поверхности более габаритных объектов и улучшить качество записываемых голограмм, что расширяет область применения изобретения при получении контурных карт рельефа поверхности различной глубины.

Авторами не обнаружены технические решения, содержащие совокупность отличительных признаков данного изобретения.

Предлагаемый способ осуществляют следующей совокупностью операций.

Формируют многочастотное лазерное излучение, которое разделяют на две части. Одну часть многочастотного лазерного излучения пространственно разделяют по длинам волн, с помощью фильтрации выделяют две частоты и с помощью этого излучения включают затвор. Вторую часть предварительно сформированного лазерного излучения с теми же двумя частотами используют в качестве затравочного для формирования двухчастотного лазерного излучения при включении затвора. Формируют двухчастотное лазерное излучение при включении затвора, опорной частью сформированного двухчастотного лазерного излучения экспонируют регистрирующую среду, а второй частью этого излучения освещают исследуемый объект. При этом чувствительность может устанавливаться путем отфильтровывания соответствующих двух частот в пределах спектра предварительно сформированного многочастотного лазерного излучения и использования их для включения затвора и в качестве затравочного излучения.

На чертеже изображен один из вариантов устройства для осуществления предложенного способа.

Устройство содержит лазер 1, включающий в себя затвор 2 и активный элемент 3, расположенные на оптической оси в линейном составном резонаторе, образованном отражателями 4,5,6. Перед входом блока 7 управления последовательно расположены спектральный элемент 8 и пространственный фильтр 9. Схема 10 голографирования включает в себя опорный канал 11, оптически связанный с регистрирующей средой 12, и объектный канал 13, оптически связанный с исследуемым объектом 14. Затвор 2 расположен между полупрозрачным отражателем 5 и отражателем 6, коэффициент отражения которого близок к 1. Активный элемент 3 расположен между выходным отражателем 4 и полупрозрачным отражателем 5. Вход блока 7 управления оптически связан через пространственный фильтр 9, спектральный элемент 8 и затвор 2 с резонатором лазера 1, а выход блока 7 управления электрически связан с затвором 2. Схема 10 голографирования оптически связана с резонатором лазера 1 через выходной отражатель 4.

Применялся рубиновый лазер 4. В качестве затвора 2 использован полуволновый электрооптический затвор на основе кристалла КДР z-среза; активный элемент 3 - рубиновый стержень; выходной отражатель 4 - стопа из двух стеклянных пластин, разделенных воздушным промежутком; отражатели 5,6 - зеркала с диэлектрическим покрытием; блок 7 управления - БПЗ-2Л со счетчиком на основе микросхемы К 155 ИЕ7 и ФЭУ-30 на входе; спектральный элемент 8 - интерферометр Фабри-Перо ИТ-28/30; пространственный фильтр 9 - диафрагма. В опорном канале 11 схемы 10 голографирования использовано лазерное излучение, отраженное от одного из торцов активного элемента 3. В объектном канале 13 использовано лазерное излучение, выходящее через отражатель 4. Регистрация голограмм осуществлялась на голографической фотопленке производства ПО "Тасма". Исследуемыми объектами 14 служили изделия авиационной промышленности.

Принцип действия устройства состоит в следующем. При выключенном затворе 2 и соответствующей накачке активного элемента 3 в резонаторе лазера 1, образованном отражателями 4,5, развивается излучение свободной генерации, которое полупрозрачным отражателем 5 делится на две части. Часть излучения свободной генерации, прошедшая через отражатель 5, выводится выключенным затвором 2 в направлении спектрального элемента 8, в качестве которого использован интерферометр Фабри-Перо, пространственно разделяющий излучение по длинам волн. На выходе из интерферометра излучение представляет собой интерференционную картину в виде системы концентрических темных и светлых колец. При этом величина R² = =R_{n + 1}² - R_n² является величиной постоянной и соответствует области дисперсии интерферометра Фабри-Перо, которая равна =c/2h , где R_n и R_{n + 1} - радиусы колец интерференционной картины n-го и (n + 1)-го порядков интерференции. Расстояние между зеркалами интерферометра должно быть hc/2, где - спектральная полоса возможной многочастотной генерации, с - скорость света. В этом случае < , что обеспечивает однозначное соответствие пространства между кольцами соседних порядков интерференции определенной частоте многочастотного лазерного излучения. В противном случае системы интерференционных колец, соответствующих верхней и нижней границам спектральной полосы многочастотной лазерной генерации перекроются. Далее излучение поступает на пространственный фильтр 9, в качестве которого использована диафрагма, пространственно ограничивающая вход блока 7 управления радиусами интерференционных колец одного и того же порядка интерференции R_n(₁) и R_n(₂), соответствующих выбранным верхнему ( ₁ ) и нижнему ( ₂ ) пределам интервала частот, на интерференционной картине, получаемой с помощью используемого интерферометра Фабри-Перо. При этом на вход блока 7 управления поступит лишь та часть пичков свободной генерации, частоты которых лежат в пределах от ₁ до ₂. Интервал этих частот определяется соотношением ₁-₂=c[R_n²(₁)-R_n²(₂)]/2h(R_n²- -R_n-1²). Блок 7 управления включает затвор 2 лишь в процессе развития одного из пичков свободной генерации, часть излучения которого поступает на его вход, что обеспечивает формирование моноимпульса из затравочной части излучения в спектральном интервале от ₁ до ₂ при включении затвора в резонаторе, образованном отражателями 4,5,6, добротность которого выше добротности резонатора, в котором формировалось излучение свободной генерации, поскольку коэффициент отражения отражателя 6 выше, чем коэффициент отражения отражателя 5. Далее производится пространственная перестройка спектрального элемента 8, пространственно разделяющего излучение по длинам волн, либо пространственного фильтра 9, в частном случае смещение в пространстве диафрагмы ортогонально направлению излучения. В результате при повторном цикле на вход блока 7 управления поступит лишь та часть многочастотного излучения свободной генерации, частота которого расположена в интервале от ₁" до ₂". Этот интервал определяет диафрагма, пространственно ограничивающая после перестройки вход блока 7 управления радиусами интерференции колец одного и того же периода интерференции R_n(₁") и R_n(₂"). Численно этот интервал определяется соотношением: ₁"-₂"= c[R_n²(₁")-R_n²(₂")] /2h(R_n²- -R_n-1²). Теперь формирование моноимпульса из затравочной части излучения свободной генерации происходит в спектральном интервале от ₁" до ₂". С помощью этого излучения осуществляется вторая экспозиция при голографировании исследуемого объекта. При этом спектральный интервал между частотами первой и второй экспозиций может быть выбран в пределах спектральной полосы генерации многочастотного излучения в соответствии с глубиной рельефа поверхности исследуемого объекта.

На фигуpе представлен один из вариантов устройства, реализующего предложенный способ, в котором предварительно формируют многочастотное лазерное излучение и используют его в качестве затравочного для формирования двухчастотного лазерного излучения при включении затвора в лазере с составным линейным резонатором. Однако устройство может быть реализовано и с другими лазерами, схемы резонаторов которых, как линейных, так и кольцевых, обеспечивают при выключенном либо частично включенном затворе формирование затравочного излучения для моноимпульсной генерации, получаемой при включении затвора. При этом могут быть использованы самые различные конструкции электрооптических затворов, работающих как на пропускание, так и на отражение, и включающих добротность резонатора как при подаче управляющего напряжения, так и при его снятии. Кроме того, могут быть использованы акустооптические, оптико-механические и другие затворы. Устройство может быть реализовано с использованием не одного, а нескольких активных элементов, не обязательно однотипных, главное, чтобы их блоки накачки были синхронизированы, а спектральные диапазоны излучения перекрывались. При этом формирование затравочного излучения и двухчастотного для экспонирования может осуществляться не обязательно в одном и том же лазере, но и в различных, оптически связанных через затвор, причем второй лазер может работать в различных режимах: генерации, усиления, регенеративного усиления и других. Выделение необходимых частот затравочного излучения для формирования двухчастотного излучения при включении затвора может осуществляться не только описанным выше образом, но и при использовании, например, нескольких спектральных элементов, пространственно разделяющих излучение по длинам волн, либо нескольких пространственных фильтров, нескольких входов блока управления и соответствующей коммутации этих элементов.

Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность и высокую эффективность предложенного способа и устройства для его реализации. При этом спектр свободной генерации после высвечивания 3-4 первых пичков излучения оставался практически одночастотным в каждом из последующих пичков, хотя и изменялся от пичка к пичку. Счетчик с коэффициентом счета больше 4 во входной цепи блока управления электрооптическим затвором позволял получать одночастотную моноимпульсную генерацию, перестраивая при этом спектр от моноимпульса к моноимпульсу в пределах спектральной полосы свободной генерации.

Таким образом, предлагаемое изобретение обеспечивает формирование лазерных моноимпульсов из узкополосного затравочного излучения, а не из широкополосного спонтанного шума усиленной люминесценции и тем самым обеспечивает высокую его когерентность, что позволяет записывать контурные карты рельефа поверхности более габаритных объектов и приводит к улучшению качества записываемых голограмм. Возможность изменения частотного интервала в спектре излучения, используемого при экспонировании, при переходе от одной экспозиции к другой, позволяет варьировать чувствительность, что весьма важно при получении контурных карт объектов с различной глубиной рельефа. Все выше сказанное позволяет существенно расширить область применения предлагаемого изобретения.

Описанные преимущества предлагаемого способа справедливы не только по отношению к известным указанным выше, но и ко всем известным, используемым для многочастотной голографической записи контурных линий рельефа поверхности объектов.

Изобретение может быть широко использовано в голографии, голографической интерферометрии, лазерной спектроскопии и др.