ПОВЫШЕНИЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ СПЕКЛ-ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

С.Б.Артеменко, В.Г.Речкалов

На основе представлений об общности-физической природы методов голографической и спекл-интерферометрии приведены некоторые варианты увеличения чувствительности спекл-интерферометрии. Рассмотрение ведется без учета возрастания шумов, которое приводит в конечном счете к существенному ограничений диапазона варьирования чувствительностью интерферометрии случайных волновых полей.

Основная проблема повышения чувствительности голографической интерферометрии в диффузно-когерентном излучении заключается в том, что гладкий волновой фронт освещающего излучения, отраженного от шероховатой поверхности объекта модулируется случайной функцией пространственных координат, что делает невозможным использование большинства методов интерферометрии фазовых объектов, предназначенных для исследования регулярных волновых полей /1/.. По этой причине непригодным к исследованию диффузно-отражающих объектов до сих пор считался метод многоходовой интерферометрии, так как уже при первом диффузном отражении интенсивность излучения в интересующем направлении становится настолько мала, что с трудом может быть зарегистрирована на традиционных фотоматериалах. Указанную трудность частично можно обойти, если идею многоходового метода применить не на этапе записи, как это обычно делалось, а на этапе считывания информации, записанной на спеклограмме. Объектное поле до и после приложения к объекту нагрузки регистрируется на две различные фотопластины в обычной схеме интерферометра Власова-Даффи /2/,

- 62 -

Рис.1.

рис.4. После соответствующей химико-фотографической обработки восстановленное поле последовательно перезаписывается на голограмму (ФП) в соответствии со схемой, приведенной на рис.1. Когерентное излучение, рассеянное на спеклограмме (СГ), фильтруется в частотной плоскости линзы 1. Из него выделяется дифракционный порядок, соответствующий углу наблюдения α. Отражаясь от зеркала 2, обращенная (только в смысле изменения направления распространения) объектная волна проходит снова через спеклограмму СГ. При каждом прохождении света через спеклограмму фаза волны изменяется на величину:

(1)

где у - координата исследуемой точки; α - апертурный угол;

- 63 -

Рис .2.

После замены спеклограммы не деформированного объекта спеклограммой деформированного объекта процесс перезаписи повторяется. При этом координата у в формуле (1) изменится на координату у+Δу. При восстановлении изображения с дважды экспонированной голограммы ФП восстановятся обе волны, которые дадут в результате интерференции картину, распределение полос в которой будет подчиняться следующему уравнению:

(2)

Отметим, что наряду с повышением чувствительности в данной схеме должно происходить снижение спекл-шума, так как при обратном переходе спеклограмма СГ освещается объектной волной, т.е. происходит восстановление исходной освещающей волны.

Для дальнейшего изложения заметим, что относительное смещение пространственной несущей в сходственных спеклах определяется только изменением фазы между интерферирующими лучами, которое, в свою очередь, задается смещением объекта и не зависит от угла схождения лучей в области фотослоя, т.е. уменьшение выходной апертуры позволяет без потери общей чувствительности использовать

- 64 -

Рис.3.

низкоразрешающие фотоматериалы. Запишем формулу, выражающую порядок интерференционной полосы через величину смещения и геометрию схемы /З/ (рис.2).

(3)

- 65 -

Рис. 4.

- 66 -

исследователя точек возможно использование специальной схемы, приведенной на рис.4, с дополнительными зеркалами и блендами. Так как такая схема позволяет производить измерения только в окрестности пересечения объекта с оптической осью, то для освещения выбранной точки удобно использовать нерасширенное лазерное излучение.

Рассмотрим еще одну методику повышения чувствительности на этапе восстановления, которая так же, как и в первом случае, заключается в записи спеклограммы объекта до и после приложения деформирующей нагрузки на две различные фотопластины. В последующем они перезаписываются в обыкновенной схеме оптической фильтрации.

Пусть в интерферометре Власова-Даффи (рис.5) диаметр отверстий в фильтре пространственных частот 1 много меньше фокусного расстояния изображающей системы, что позволяет считать световые волны, падающие на фотопластину 2 плоскими. Запишем комплексные амплитуды этих волн; в первой экспозиции:

(4)

При сдвиге объекта на величину Δу комплексная амплитуда будет следующей:

(5)

В формулах (4) и (5) комплексный коэффициент отражения поверхности объекта не учитывается, так как он входит в качестве множителя на равных условиях во все уравнения и в последующем при записи уравнения интерференции выносится за скобки.

- 67 -

При перезаписи (схема рис.3) спеклограммы последовательно устанавливаются в прецизионный позиционер и освещаются плоской световой волной, при этом волна, соответствующая нулевому порядку дифракции, задерживается диафрагмой. Поэтому уравнения световых волн, достигающих фотопластинки 1, можно записать в виде:

(6)

После проявления фотопластины 1 ее коэффициент амплитудного пропускания будет

(7)

Откуда видно, что чувствительность возросла вдвое. Заметим, что, применяя фотоанизатропные среды, можно, в принципе, обойтись при записи исходных спеклограмм одной фотопластиной, используя для исключения взаимовлияния спеклограмм, записанных в разных экспозициях принцип поляризационной развязки.

- 68 –