устройство для записи голографических интерферограмм

Формула изобретения

1. Устройство для записи голографических интерферограмм, содержащее статическую схему записи голограмм, оптически связанный с ее входом импульсный лазер, состоящий из резонатора, включающего группу активных элементов с блоками питания и запуска, и активного затвора с блоком включения, и блок синхронизации запуска активных элементов и активного затвора, связываемый с объектом, и вторую группу активных элементов, оптический выход первого анализатора активного затвора является выходом лазера, связанного со схемой записи голограмм, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности и расширения области применения, оно снабжено блоком выключения активного затвора, вход которого электрически связан с одним из выходов блока синхронизации запуска активных элементов и активного затвора, а выход блока выключения - с активным затвором, переменной оптической линией задержки с возвратным отражателем, в качестве резонатора использован закрытый кольцевой резонатор, оптически связанный через второй анализатор активного затвора и переменную оптическую линию задержки с возвратным отражателем, вторая группа активных элементов установлена между вторым анализатором активного затвора и возвратным отражателем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено установленным между вторым анализатором активного затвора и возвратным отражателем перестраиваемым ослабителем светового потока и/или вторая группа активных элементов используется в качестве перестраиваемого ослабителя светового луча.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к двухэкспозиционной голографической интерферометрии, и может быть использовано при исследовании вибраций объектов, в том числе вращающихся, и других процессов.

Известно устройство для записи голографических интерферограмм [1], содержащее оптическую схему записи голограмм, оптически связанную с выходом импульсного лазера, состоящего из оптически связанных, последовательно расположенных задающего генератора, включающего оптически связанные и последовательно установленные активный элемент с блоком запуска и питания, и активный затвор с блоком запуска, и лазерных усилителей, блока синхронизации запуска активных элементов и электрооптического затвора с исследуемым объектом. Поскольку оба импульса генерируются лазером в пределах одного импульса накачки активных элементов, то диапазон перестройки временного интервала между двумя экспозициями в известном устройстве ограничен длительностью импульса накачки активных элементов в сторону больших величин и временем нарастания инверсной населенности в активном элементе после высвечивания первого импульса в сторону малых величин, что ограничивает область применения известного устройства, поскольку при этом не обеспечивается исследование процессов, происходящих за промежуток времени, превышающий указанный диапазон перестройки временного интервала между двумя экспозициями. Кроме того, длительность каждого из экспонирующих импульсов в известном устройстве составляет десятки наносекунд, что также ограничивает область применения устройства, поскольку при этом не обеспечивается запись голограмм объектов, например, с большой скоростью перемещения, в том числе с большой скоростью вращения.

Целью изобретения является повышение быстродействия и точности и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для записи голографических интерферограмм, содержащее статическую схему записи голограмм, оптически связанный с ее входом импульсный лазер, состоящий из резонатора, включающего группу активных элементов с блоками питания и запуска, и активного затвора с блоком включения, и блок синхронизации запуска активных элементов и активного затвора, связываемый с объектом, и вторую группу активных элементов, оптический выход первого анализатора активного затвора является выходом лазера, связанного со схемой записи голограмм, снабжено блоком выключения активного затвора, вход которого электрически связан с одним из выходов блока синхронизации запуска активных элементов и активного затвора, а выход блока выключения - с активным затвором, переменной оптической линией задержки с возвратным отражателем, в качестве резонатора использован закрытый кольцевой резонатор, оптически связанный через второй анализатор активного затвора и переменную оптическую линию задержки с возвратным отражателем, вторая группа активных элементов установлена между вторым анализатором активного затвора и возвратным отражателем. Устройство снабжено установленным между вторым анализатором активного затвора и возвратным отражателем, перестраиваемым ослабителем светового потока, и/или вторая группа активных элементов используется в качестве перестраиваемого ослабителя светового луча.

Устройство поясняется чертежом, где приняты следующие обозначения: 1 - оптическая схема записи голограмм, 2 - импульсный лазер, 3, 4, 5 - отражатели, 6 - первая группа активных элементов, 7 - вторая группа активных элементов, 8 - блок питания первой группы активных элементов, 9 - блок питания второй группы активных элементов, 10 - блок запуска первой группы активных элементов, 11 - блок запуска второй группы активных элементов, 12 - активный затвор, 13, 14 - анализаторы активного затвора, 15 - блок включения активного затвора, 16 - блок выключения активного затвора, 17 - блок синхронизации запуска активных элементов и активного затвора с исследуемым объектом, 18 - исследуемый объект, 19 - переменная оптическая линия задержки, 20 - возвратный отражатель, 21 - перестраиваемый ослабитель светового пучка.

Устройство для записи голографических интерферограмм содержит оптическую схему 1 записи глограмм, оптически связанную с выходом импульсного лазера 2, состоящего из закрытого кольцевого резонатора, образованного отражателями 3, 4, 5, оптически связанных первой группы 6 и второй группы 7 активных элементов с блоками 8, 9 питания и блоками 10, 11 запуска и активного затвора 12, включающего анализаторы 13, 14, с блоком 15 включения и блоком 16 выключения, блока 17 синхронизации, вход которого связан с исследуемым объектом 18, а выход - со входами блоков 10, 11 и со входами блоков 15, 16. В качестве выхода импульсного лазера 2 использован анализатор 13 активного затвора 12. Кольцевой резонатор, образованный отражателями 3, 4, 5, оптически связан через анализатор 14 активного затвора 12 и переменную оптическую линию 19 задержки с возвратным отражателем 20. Группа 7 активных элементов установлена между анализатором 14 активного затвора 12 и возвратным отражателем 20. Между анализатором 14 активного затвора 12 и возвратным отражателем 20 введен перестраиваемый ослабитель 21 светового пучка и/или группа 7 активных элементов использована в качестве перестраиваемого ослабителя светового пучка.

Оптическая схема 1 записи голограмм включает опорный и объектный каналы. В объектном канале установлена линза, расширяющая излучение импульсного лазера 2 до размеров исследуемого объекта 18, которым служил стальной диск. Отражателями 3, 4, 5, 20 служили зеркала с диэлектрическим покрытием. В качестве активных элементов 6, 7 использованы рубиновые стержни диаметром 8 мм, длиной активной части 120 мм и с ориентацией оптической оси, близкой к 60^o. Блоками 8, 9 питания активных элементов 6, 7 служили блоки типа "НАКАЧКА 3000М". Схемы внутреннего поджига блоков "НАКАЧКА 3000М" использованы в качестве блоков 10, 11 запуска активных элементов 6, 7. В качестве активного затвора 12 использован полуволновой электрооптический затвор на основе кристалла КДР Z-среза. В качестве блока 15 включения активного затвора 12 применялся блок питания БПЗ-2Л. Блок 16 выключения активного затвора 12 выполнен в виде коммутатора на базе вакуумного искрового реле ВИР-14. Блок 17 синхронизации запуска активных элементов 6, 7 и активного затвора 12 был выполнен на базе генераторов Г5-56. Плоскости пропускания анализаторов активного затвора 12 совпадали между собой и с плоскостью, определяющей поляризацию излучения первой группы 6 активных элементов. Плоскости, определяющие поляризацию излучения активных элементов 6, 7, взаимоортогональны, но могут быть использованы и активные элементы с наполяризованным излучением, а также может быть использована одна из групп активных элементов с неполяризованным излучением, а вторая - с поляризованным. Следует отметить также, что не исключена возможность использования активного затвора, плоскости пропускания анализаторов в котором взаимноортогональны. Переменная оптическая линия 19 задержки - типа "Опыт". В качестве перестраиваемого ослабителя 21 светового пучка использованы два нейтральных светофильтра, выполненных в виде симметричного оптического клина, но может быть использован и перестраиваемый ослабитель светового пучка любой другой конструкции, например, электрооптический. В качестве перестраиваемого ослабителя светового пучка может быть использована и группа 7 активных элементов.

Принцип действия устройства состоит в следующем. В момент, соответствующий определенному состоянию объекта 18, блок 17 синхронизации через блок 10 запуска включает лампы накачки первой группы 6 активных элементов, а через блок 11 запуска включает лампы накачки второй группы 7 активных элементов и с задержкой через блок 15 включает активный затвор 12. Поскольку в кольцевом резонаторе отсутствуют невзаимные элементы для создания однонаправленной генерации, излучение в резонаторе лазера представляет практически два импульса, распространяющихся во взаимопротивоположных направлениях. При выключении активного затвора 12 плоскость поляризации излучения, поступающего на него со стороны отражателя 3, при прохождении через затвор 12 поворачивается на 90^o, и оно выводится через анализатор 13 в направлении схемы голографирования 1 и исследуемого объекта 18. При этом осуществляется первая экспозиция. Одновременно плоскость поляризации излучения, поступающего на активный затвор 12 со стороны отражателя 5, при прохождении через него также поворачивается на 90^o, анализатором 14 оно выводится из резонатора, проходит через перестраиваемый ослабитель 21 светового пучка, группу 7 активных элементов, перестраиваемую оптическую линию 19 задержки, отразившись от возвратного отражателя 20, опять проходит через перестраиваемую оптическую линию 19 задержки, группу 7 активных элементов, перестраиваемый ослабитель 21 светового пучка, далее через анализатор 14 снова поступает на активный затвор 12, при прохождении через который плоскость поляризации излучения опять поворачивается на 90^o, оно проходит без изменения через анализатор 13, отражается от отражателя 5, несколько усиливается при прохождении через группу 6 активных элементов, отражается от отражателей 3, 4, при прохождении через активный затвор 12 плоскость его поляризации поворачивается на 90^o, и анализатором 13 оно выводится из кольцевого резонатора лазера в направлении схемы 1 голографирования и исследуемого объекта 18. При этом осуществляется вторая экспозиция. Временной интервал между экспозициями в этом случае определяется практически оптическим расстоянием от активного затвора 12 до возвратного отражателя 20, временем задержки излучения оптической линией 19 задержки, оптической длиной кольцевого резонатора и активного затвора 12. Варьируя расстояние от активного затвора 12 до возвратного отражателя 20 и перестраивая оптическую линию 19 задержки, можно задавать требуемый временной интервал между экспозициями. Поскольку до поступления на выход импульсного лазера лишь второй импульс проходит дважды через группу 7 активных элементов и перестраиваемый ослабитель 21 светового пучка, то варьируя коэффициент усиления в группе 7 активных элементов посредством изменения энергии накачки и коэффициент потерь в перестраиваемом ослабителе 12 светового пучка, можно управлять энергетическими параметрами второго импульса и, тем самым, в частности, обеспечить стабилизацию энергетических параметров сдвоенных импульсов независимо от временного интервала между ними. При использовании группы 7 активных элементов в качестве перестраиваемого ослабителя светового пучка варьирование коэффициента поглощения в них также может осуществляться посредством изменения энергии накачки. Коэффициент усиления либо поглощения в группе 7 активных элементов, и коэффициент потерь в перестраиваемом ослабителе 21 светового пучка определяются предварительно в каждом конкретном случае путем экспериментального исследования энергетических параметров лазерного излучения. Следует отметить также, что, если длительность импульса выключения активного затвора 12 меньше времени прохождения излучением оптического расстояния от анализатора 14 до возвратного отражателя 20 и обратно, то после вторичного отражения от анализатора 14 излучение второго импульса проходит через включенный активный затвор 12 без изменения и сразу выводится анализатором 13 из резонатора в направлении схемы 1 голографирования и исследуемого объекта 18.

Таким образом, длительность каждой из экспозиций определяется практическим временем прохождения излучения по кольцевому резонатору, а временной интервал между экспозициями одинаковой интенсивности в сторону малых величин ограничен практически лишь временем прохождения излучения по кольцевому резонатору и активному затвору, т. е. составляет более, чем на порядок меньшую величину, что расширяет область применения устройства, поскольку при этом обеспечивается исследование процессов, протекающих за более короткое время. При этом влияние процессов, происходящих между экспозициями, на качество и информативность голографических интерферограмм снижается, что приводит к повышению точности измерений. Кроме того, временной интервал между экспозициями в предлагаемом устройстве перестраивается на несколько порядков с более высокой точностью, поскольку определяется лишь точностью установки оптических элементов: возвратного отражателя и перестраиваемой линии задержки, что также повышает точность измерений.

Источники информации:

1. ЖПС, т. 48, N 2, 1988, с. 333 - 335.