Media-security

ГОПОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЯ НА ОСНОВЕ ДИФРАКЦИОННЫХ

ПОКРЫТИЙ И ДВУХ ВОССТАНАВЛИВАЮЩИХ ПУЧКОВ

С.Б.Артеменко, В.Г.Речкалов

Разработан новый метод голографической интерферометрии, в основу которого положен принцип прелиминарной фильтрации пространственных частот объектного излучения с помощью дифракционных отражательных покрытий. Формирование интерферограммы происходит при освещении голограммы двумя восстанавливающими пучками, что позволяет отказаться от метода двух экспозиций в пользу одноэкспозиционного метода.

В известном методе голографического муара на объект исследования наносится высокочастотный отражательный растр. Информация о перемещениях точек образца при его нагружении считывается путем сравнения решетки на образце с виртуальным растром, образованным интерференцией двух когерентных плоских светлых волн, сходящихся под соответствующим углом. При этом образцу вместе с нагружающим устройством должна быть строго задана определенная ориентация по отношению к виртуальному растру сравнения и эта ориентация не должна нарушаться в процессе нагружения. Использовать данную методику для проведения испытаний, близких к натурным, т.е. вне голографического стенда, не представляется возможным.

В другом известном методе /1/, который авторы не совсем правильно также отнесли к разновидности голографического муара, используется так называемый "накладной интерферометр", проще говоря, голографическая пластина, прикрепляемая посредством прозрачной промежуточной среды к образцу с заранее нанесенном на его поверхность высокочастотным растром. После этого на фотопластинку записывают состояние поверхности образца до и после нагружения. В данном случае растр используется фактически только для изменения индикатрисы рассеяния света поверхностью с целью

- 36 -

повысить яркость изображения при рассматривании голограммы под определенным углом к нормали. В остальном метод полностью идентичен традиционной голографической интерферометрии, т.е. интерферограмма отражает совокупную информацию о перемещениях в плоскости и из плоскости образца, что затрудняет последующую расшифровку. Кроме того, как в большинстве двухэкспозиционных методов невозможно оказывать целенаправленное влияние на вид восстановленной интерференционной картины.

Предлагаемый нами метод, являясь логическим развитием рассмотренных выше, на наш взгляд, воплощает в себе их достоинства. Суть его состоит в следующем.

На плоскую поверхность образца наносится дифракционное отражательное покрытие. При помощи промежуточной прозрачной среды на поверхность образца крепится фотопластина. Образец нагружается и производится запись деформированного состояния его поверхности. Подчеркнем, что делается только одна экспозиция. Схема записи показана на рис.1. При освещении образца когерентной плоской волной отраженный свет раскладывается на три порядка. Первый и минус первый порядки образуют между собой угол 2a , где sina =λƒ₁, ƒ₁ - частота растра, нанесенного на поверхность изделия. Эти две волны записывают в слое фотоэмульсии растр с частотой ƒ₂=sina /λ. Прикладываемая к образцу нагрузка приводит к деформации растра, соединенного с образцом. Пусть точка А переместилась на величинув плоскости образца. В результате фаза луча света, отраженного в плюс первой порядок, уменьшится на величину 2p gsina /λ, ΰ фаза луча света в минус первом порядке увеличится на ту же величину. Фаза же записанного в результате интерференции этих двух лучей растра изменится на величину 4p gsina /λ. аким образом, смещение точки объекта на величину g приводит к сдвигу решетки , записываемой на фотопластине на величину 2g

Считывание информации о перемещениях производится согласно рис.2. Голограмма однократной экспозиции (!) освещается двумя когерентными плоскими волнами под углом 2a к нормали. В направлении нормали, по которому ведется наблюдение, распространяются две световые волны плюс и минус первого порядков, соответственно,

- 37 -

от верхнего и нижнего освещающих пучков. Если точка а решетки, записанной на голограмме, сдвинута на величину 2g, что соответствует смещению точки поверхности образца на величину g, то фазы восстановленных в плюс и минус первом порядках дифракции лучей изменяются наи. Возмущения фаз световых волн приводят к интерференционной картине, в которой темные и светлые полосы являются изолиниями разностей фаз сопряженных порядков. При этом уравнение светлых полос выглядит следующим образом:

Преимущества предлагаемого метода заключаются в следующем.

1. Более высокая чувствительность за счет того, что дважды, сначала на этапе записи, а потом на этапе восстановления в образовании интерференционной картины участвуют пучки сопряженных порядков.

2. Появляется возможность целенаправленно влиять на вид интерференционной картины путем изменения ориентации восстанавливающих световых пучков в процессе считывания информации с голограммы. Можно, в частности, настроиться на полосы либо конечной, либо бесконечной ширины. Причем важно, что все эти манипуляции производятся апостериори с голограммой.

3. К особым достоинствам данной схемы следует отнести возможность использования гетеродинных методов измерения при считывании информации, путем введения фазосдвигающего устройства в один из освещающих пучков и измерения с помощью фазометров разности фаз сигналов, поступающих в фотоэлементы в двух различных точках.

4. Возможно также использование компенсационных способов измерения дробной части полосы. Для этого каждый из освещающих пучков при восстановлении помешается в поляроид. При помощи этих поляроидов добиваются взаимной ортогональности поляризации освещающих пучков. Далее для измерения разности фаз восстановленных волн используют методику, подробно изложенную нами в работе /2/.

- 38 -

Основным недостатком рассмотренного метода является требование первоначального постоянства частоты и ориентации дифракционного отражающего покрытия. В противном случае возникает начальная интерференционная картина в недеформированном состоянии образца, которая, впрочем, может быть учтена при расшифровке интерферограмм.

В заключение авторы выражают признательность всем членам творческого коллектива "ГОЛЭКС", принявшим участие в разработке и изготовлении специальных юстировочных приспособлений, без применения которых экспериментальная проверка метода в значительной мере осложнилась бы.

Л и т е р а т у р а

1. В.А.Жилкин, А.М.Попов. Исследование деформированного состояния плоских образцов методом голографического муара. // Изв. Вузов "Строительство и архитектура". 1979. №9. c.127-132.

2. С.Б.Артеменко, В.Г.Речкалов. Применение метода фазовой компенсации в голографической интерферометрии диффузно отражающих объектов. // Применение оптической голографии для неразрушающего контроля и измерений.: Матер. семинара. ЛДНТП. 1984. С.29-34.

- 39 -

Рис.1. Схема записи деформированного состояния образца.

1 - образец;

2 -- высокочастотный растр;

3 - фотопластинка;

О - освещавший пучок.

- 40 -

Рис.2. Схема считывания.

Г - голограмма;

О - освещающие пучки.