0 НЕКОТОРЫХ МЕТОДАХ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ НАБЛЮДЕНИИ ЧЕРЕЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Рассмотрены 3 голографических метода компенсации искажающего влияния стационарных оптически неоднородных сред и анализируются возможности их применения при регистрации волновых полей, прошедших волоконные световоды.

При регистрации объектов, расположенных в местах, недоступных для непосредственного наблюдения, например, при осмотре внутренних поверхностей и предметов в полостях, на практике широко применяют регулярные волоконные световода Для этого оптическая система. расположенная перед волоконной деталь, формирует изображение объекта на входном торце детали, и распределение интенсивности передается по отдельным световедущим жилам к регистрирующему устройству. В то же время при передаче по световоду волнового поля объекта невозможно получить качественное изображение, так как стекловолокно вносит сильные фазовые искажения а распространяющиеся по нему волновые фронты. Однако, задача неискаженной передачи волновых полей по волоконным деталям может быть решена с помощью известных в голографии методов регистрации и коррекции волновых полей, прошедших оптически неоднородную среду: метода "равных искажений объектной и опорной волн", метода "обращения лучей" и метода "компенсирующей голограммы" /1-4/.

- 521 -

Рис.1. Схемы регистрации и восстановления голограммы.

При записи голограммы Г объекта О, расположенного за неоднородной средой b, когерентный точечный источник Р располагают вблизи объекта. Расстояние d между опорным источником Р и объектом не превышает величины , где r - расстояние от объекта до голограммы, r - расстояние от неоднородной среды до голограммы, а D - средний размер неоднородной среды, в пределах которого волновой фронт, прошедший среду, приобретает волновую аберрацию не более 1/8 длины волн излучения. При таком условии записи голограммы объектная и опорная волны, пришедшие в каждую точку голограммы, проходят неоднородную среду по близким траекториям и искажаются одинаковым образом. В результате на голограмме регистрируется картина интерференции этих волн, которая имела бы место при отсутствии неоднородной среды. При реконструкции голограммы источником Р в отсутствии неоднородной среды восстанавливается неискаженное изображение o' объекта О (см. рис.1б) с разрешением, определяемым дифракционным пределом голограммы. Существенным недостатком данного метода является малое угловое поле зрения, не превышающее обычно нескольких градусов.

- 522 -

Рис.2. Схемы записи и восстановления голограммы по методу "обращения лучей"

Волновой фронт от объекта О, освещенного когерентным излучением, проходит неоднородную среду В и падает на фотопластинку Ф. Референтный пучок от когерентного источника Р падает ни фотопластинку под некоторым углом. Таким образом, на голограмме регистрируется информация как о неоднородной среде, так и об объекте. При реконструкции обработанную голограмму Г помещают в положение, которое фотопластинка занимала при записи, и освещают волной, сопряженной с опорной (см. рис.2б). Восстановленная голограммой волна пройдет неоднородную среду в обратном по отношении к записи направлении. В результате неоднородная среда компенсирует фазовые искажения, которые она вносила при записи, и за неоднородной средой возникнет действительное изображение О' объекта 0. В работе /5/ было показано, что разрешающая способность в восстановленном голограммой изображении определяется апертурой рассеивателя и его автокорреляционной функцией. Следует отметить, что практическая реализация данного метода является весьма сложной задачей, так как при реконструкции неоднородная среда и голограмма должны быть установлены друг относительно друга с высокой точностью,

- 523 -

Метод коррекции волнового поля, прошедшего тонкую неоднородную среду, с помощью компенсирующей голограммы позволяет в отличие от рассмотренных ранее методов наблюдать объекты в реальном времени. Схема регистрации компенсирующей голограммы и наблюдения объектов приведена на рис.3.

Рис.3. Схемы регистрации компенсирующей голограммы и наблюдения объектов,

При записи голограммы неоднородная среда В освещается точечным источником когерентного излучения С (см. рис.3а). Оптическая система Л образует изображение неоднородной среды в плоскости фотопластинки Ф. Для записи голограммы на фотопластинку направляется излучение когерентного опорного источника Р. После экспонирования и фотохимической обработки голограмма Г устанавливается в положение, которое она занимала при записи. Наблюдаемый объект О (см, рис.3б) освещается когерентным излучением. Часть рассеянного им излучения проходит неоднородную среду В, оптическую систему Л и компенсирующую голограмму Г. При этом голограмма компенсирует фазовые искажения, вносимые неоднородной средой, и сквозь голограмму можно наблюдать неискаженное мнимое изображение o' объекта О. Компенсирующее действие голограммы можно объяснить следующим образом. Очевидно, что если неоднородную среду осветить точечным источником С, который использовался при записи голограммы, то она восстановит изображение

- 524 -

С помощью метода "равных искажений объектной и опорной волн" удалось зарегистрировать голограммы через волоконные пластины и жгуты и восстановить качественные изображения объектов /6/. Однако, как показали эксперименты, угловой размер регистрируемого объекта не превышал 2° при диаметре световедущих жил волоконной детали 5 мкм.

Спит и Верт зарегистрировали голограмму миры и восстановили её изображение через кварцевую нить диаметром 2 мм. Реконструкция голограммы проводилась ими по методу "обращения лучей" /7/.

В работе /8/ сообщалось о наблюдении объектов через регулярные стекловолоконные жгуты и пластины с помощью компенсирующей голограммы. При этом в зависимости от длины волоконного элемента в пределах угла поля зрения 3°- 12° изображения объектов наблюдались с разрешением, близким к дифракционному.

Таким образом, приведенные данные показывают принципиальную возможность неискаженной передачи волновых полей по волоконно-оптическим элементам с помощью различных голографических методов.

6. b.spitz, a.werts. c.r.acad.sc., paris, 264, В, 1015, 1967.

7. Г.Б.Семенов, В.В.Смирнов, Ю.Н.Денисюк, В.В.Орлов, Труды семинара "Оптическая голография", ЛДНТП, Л., 13-18, 1972.

8. В.В.Смирнов, Г.Б.Семенов, Ю.Н.Денисюк, Р.С.Шевелевич. Материалы семинара по физическим свойствам волоконно-оптических элементов, методам научных исследований и оптической обработке информации, стр. 56-60 (г. Симферополь, 24-28 сентября 1973 г.).