Рассматривается методика голографической интерферометрии в реальном времени с рубиновым лазером. Описаны эксперименты по регистрации нескольких десятков интерферограмм быстропротекающих процессов со скоростями съемки до 360000 кадров в секунду. Приводятся интерферограммы взрыва проволочки в воздухе и разряда в импульсной лампе.

Обычно голографирование БПП ограничивается регистрацией одного-двух состояний процесса, что снижает возможности метода при изучении динамики развития БПП. Отдельными исследователями предпринимались попытки устранить этот недостаток и регистрировать методами голографии, иногда в сочетании с высокоскоростной съемкой, достаточно большое число кадров исследуемого процесса. Однако, известные в настоящее время методики требуют дальнейшего совершенствования и развития с точки зрения качества получаемых изображений, временного разрешения и диапазона регистрации, количества зарегистрированных стадий процесса.

1) чисто голографическая регистрация, когда формируется

- 254 -

последовательность голограмм, за каждой из которых зафиксирована определенная стадия развития БПП /1,2/ и 2) сочетание методов голографии и высокоскоростной киносъемки /3,5/. Последний способ - голографическая интерферометрия в реальном масштабе времени - заключается в регистрации высокоскоростной кинокамерой изменяющейся интерферограммы, формируемой во время развития процесса с помощью голограммы исходного состояния. Существенно, что второй способ позволяет регистрировать интерферограммы при значительно больших перемещениях объекта или изменении его фазовой структуры во время экспонирования. Допустимые перемещения или изменения объекта определяются здесь требуемым разрешением в фотографическом изображении и примерно на два порядка больше, чем при голографировании.

В нашем эксперименте, схема которого приведена на рис.1, был реализован второй способ. Для этого использовалась серийная аппаратура - импульсная голографическая установка УИГ-1 и сверхскоростная кинокамера СФР-1.

1 - рубиновый лазер; 2 - блок управления УИГ-1; 3 - блок инициирования процесса; 4 - полупрозрачное зеркало, 5 - глухие зеркала; 6 - отрицательные линзы; 7 – диффузор; 8 - объект; 9 – голограмма; 10 – светофильтр; 11 - СФР-1; 12 - пульт управления СФР-1.

- 255 -

При получении голограммы исходного состояния объекта с диффузным освещением использовался рубиновый лазер в режиме свободной генерации при накачке, близкой к пороговой. В плоскости голограммы опорный пучок превышал по интенсивности сигнальный более чем на порядок. Голограмма регистрировалась на пластинках Агфа-Геверт 10e75 и обрабатывалась (включая отбеливание) "на месте". Вся голографическая схема монтировалась на массивной оптической скамье, содержащейся в установке УИГ-1. Установка не имеет амортизации, тем не менее в обычных лабораторных условиях относительного сдвига голограммы, диффузора и других элементов схемы не наблюдалось в течение недели.

На второй стадии эксперимента при получении голографических интерферограмм применялся тот же рубиновый лазер с большей накачкой. Излучение, идущее по объектному каналу, освещало диффузор и создавало волну, проходящую через объект. Излучение, проходившее по опорному каналу, восстанавливало волну, соответствующую исходному состоянию объекта. Картина интерференции этих двух волн регистрировалась скоростной камерой, сфокусированной на область объекта, где локализовались интерференционные полосы. Высокая относительная интенсивность опорного пучка обеспечивала примерно равные интенсивности обеих воли и, следовательно, высокий контраст интерферограммы. Для подавления собственного излучения объекта перед СФР-1 устанавливался светофильтр. Съемка производилась на пленку "Панхром 15".

При двукратном превышении накачки над пороговой длительность свободной генерации ОКГ составляла 0,6 мсек, что определяло в наших экспериментах максимальное время съемки. Использование lС - схемы питания лазера может увеличить это время до нескольких миллисекунд. Электронная схема управления ОКГ и наличие узла поворота датчика вращающегося зеркала СФР-1 позволяли легко осуществить синхронизацию их работы. Для инициирования и соответствующей синхронизации таких процессов как взрыв проволочки и разряд в импульсной лампе, использовался блок питания одного из двух каскадов усилителя, предусмотренного в установке УИГ-1. При интерферометрии лазерной искры и факела от взаимодействия лазерного излучения с веществом использовался рубиновый лазер с усилителем второй

- 256 -

В проведенных экспериментах в СФР-1 использовалась двухрядная линзовая вставка, рассчитанная на 60 кадров. Скорости съемки изменялись в пределах до 360 тыс. кадров в секунду, т.е. временное разрешение достигало 3∙10^-6 сек. Ввиду нерегулярности пичковой структуры излучения ОКГ в режиме свободной генерации часть кадров на пленке оказывается недоэкспонированной, тем не менее для обработки пригодны более 40 кадров. Этого недостатка можно избежать, применив ОКГ с периодической модуляцией добротности, что улучшит также временное разрешение системы до 3∙10^-8 сек.

На рис.2 приведены шесть из сорока пяти зарегистрированных интерферограмм электрического взрыва проволочки в воздухе: а - в начальный момент; б-e - соответственно, через 8, 11, 28, 44 и 108 мксек. На рис.5 представлены четыре интерферограммы разряда импульсной лампы ИФП-2000. Временной интервал между первой (а) и последующими интерферограммами - 75, 308 и 425 мксек. В этом эксперименте скорость съемки составляла 120 тыс. кадров в секунду.

- 257 -

- 268 -

Отметим, что наличие неоднородной кварцевой оболочки делает голографический метод незаменимый при регистрации интерферограмм разряда по всему сечению лампы. Мощное самосвечение лампы создает дополнительные трудности и требует использования набора светофильтров с общей узкополосной характеристикой пропускания на длине волны 0,69 мкм.

1. И.И.Комиссарова, Г.В.Островская, Л.Л.Шапиро. ЖТФ, 38, вып.8, 1963.

2. j.c.buges. c.r.acad.scl., 268, 25, В 1624, 1969.