Устройство для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объекта

Патент 789679

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Союз Советских

Социалистических

Республик (iii 789679 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20. 04. 79 (21) 2759265/18-25 (51)M. Кл.

Я 01 В 9/021

6 03 Н 1/16 с присоединением заявки J6

}Ьвударственный комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23. !2.80. Бюллетень .%47

Дата опубликования описания 25 . 2 . 80 но делам иэобретеиий и открытий (53) УДК 772.99 (088. 8) А. Л. Ауслендер, Г. Н. Вишняков и Г. Г . ЛеВЯЯЯ}".,",. .;,. !

f (72) Авторы изобретения

Н; т1"4"ц 1, (7} ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ

ОБЬЕКТОВ

Изобретение относится к голографии.

Известны устройства для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объекта, сосФ тоящие из источника когерентного излучения и оптических элементов, о6ра5 зующих системы формирования опорного и предметного пучков излучения, а также регистратора голограммы, В предметном канале расположены носледова10 тельно линза и сферическое зеркало, контролируемый объект, второе сферическое зеркало и объектив, в опорном канале расположена телескопическая система, размещенная непосредственно перед регистратором (фотопластиной)

Излучение, прошедшее через контролируемый объект, и опорный пучок направляются на регистратор. Для измерения амплитудных и фазовых оптических неоднородностей объекта на регистраторе записывается двух-экспозиционная голограмма:при одной из экспозиций объект находится в рабочей зоне, а при другой удаляется из нее. а стадии восстановления формируется система интерференционных полос, по которым измеряют фазовый сдвиг, вносимый объектом, и амплитудные характеристики объекта. Для измерения трехмерного пространственного распределения оптических неоднородностей объекта регистрируется набор интерферограмм при различных углах просвечивания t!1.

Ближайшим известным техническим решением является устройство для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объеквЂ” та, содержащее источник когерентного излучения, предметный канал, включающий блок многоракурсного освещения объекта, опорный канал, регистратор голограммы, причем оптические оси предметного и опорного каналов пересекаются в плоскости регистратора голограммы, блок восстановления голограммы, содержащий Фурье-преобразующую < этой линзы, а расстояния от сферической линзы 8 до IIMC 7 и регистратора 9 равны фокусному расстоянию линзы 8. Устройство содержит блок

10 поворота исследуемого объекта 4, механически связанного с поворотной призмой Дове 6.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение от лазера I попав на светоделительную пластину, разделяется на две части, одна из которых проходит систему формирования опорного пучка 2 и попадает на

15 регистратор 7, другая часть проходит систему формирования предметного пучка 3 и падает на исследуемый объект

4, который описывается пространственным распределением коэффициента пог20 лощения света Ф(Х,$,2) или показателя преломления h(X,g,2). Декартова систц г. ма координат, 2 связанная с исследуемым объектом 4, ориентирована таким образбм,что ось 2 перпендикуляр-.

25 на, а ось Х составляет угол Р с направлением просвечивания,т.е.с оптической осью предметного пучка. После прохождения амплитудного объекта изменение амплитуды плоского предметного пучка в направлении оси р,образующей угол 9 =ф+Й/2 с осью Х и лежащей в сечении Z"-Х в линейном приближении пропорционально функции

3 789679 .ф ! линзу и фотодетектор. Для восстановления объемного показателя преломления фазовых нестационарных объектов используется преобразование Радона.

Время измерения определяется систеS мой обработки в ЗВМ 1 2), Недостатком известного устройства является использование сложной многоракурсной схемы просвечивания.

Цель изобретения вЂ” упрощение уст- 1О ройства и обеспечение измерений в реальном масштабе времени за счет опти ческой обработки световых сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объекта, содержащем источник когерентного излучения, предметный канал, включающий блок многоракурсного освещения объекта, опорный канал, регистратор голограммы, причем оптические оси предметного и опорного каналов пересекаются в плоскости регистратора голограммы, блок восстановления изображения, содержащем последовательно расположенные Фурье-преобразующую линзу и фотодетектор, блок многоракурсного освещения объекта выполнен в виде элемента одномерного преобразования и блока поворота излучения, расположенных последовательно, а регистратор голограммы выполнен оперативным.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник 1 когерентного излучения, системы формирования опорного 2 и предметного

3 пучков. В предметном канале по ходу излучения расположены исследуемый объект 4, оптический элемент 5 одномерного преобразования Фурье, выполненный в виде цилиндрической линзы, блок 6 поворота излучения, в качест- ве которого может быть использована например, призма Дове, регистратор 7 голограммы (например ПИС), блок восставновления голограммы, содержащий оптический элемент 8 двумерного преобразования Фурье, представляющий собой сферическую линзу и регистратор 9 выполненный, например, в виде набора фотодетекторов. Эти элементы расположены таким образом, что расстояния от цилиндрической линзы 5 до объекта

4 и ПМС 7 равны фокусному расстоянию

G> (p,Ì)=Ц(-(ХДр2 )К(р-хсоьФ- Ь1т1Ч )сЫ (i) гд Р(ХД,Z I A С6(ХД,2 );

Ао- начальная амплитуда плоского предметного пучка; е

l °

4(P -Х.СОВА - Ь!пФ) -д = функция.

Если исследуемый объект 4 является фазовым, то плоский предметный пучок, пройдя через него, имеет фазовый множитель exp(9>(p,Ч Ц. Функция 9 (p,М) определена так же, как в выраженйи(1), где Р(Х,Д,Z. }"- вЂ” n(x,y,g );

2В о вЂ” длина волны используемого излучения.

При малых фазовых изменениях

l ехр лФ (р,V)j=f+a Ф (p%).

Цилиндрическая линза 5, образующие которой параллельны оси Х, выполняет над падающим на нее излуче5 7896 нием одномерное преобразование Фурье по координате р, которое связано с двумерным преобразованием Фурье искомой функции Е(%,3 2. ) следующим образом

Ф (ж,ч )= Ф (р, Р)е с1р= =fJjf(x,ух )е с (р-х сом-)simp)dxdgclp

5 (2) 10

u3х = ЮСОЬ у

ld CO+i ll Ч ;

Формула изобретения

Устройство для измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объектов, содержащее источник когерентного излучения, предметный канал, включающий блок многоракурсного освещения объекта, опорный канал, регистратор голограммы, причем оптические оси предметного и опорного каналов пересекаются в плоскости регистратора голограммы, блок восстановления голограммы, содержащий последовательно расположенные Фурье-преобразующую линзу и фотодетектор, о т л и ч а ю щ е е с,я тем, что, с целью упрощения устройства и измерений в реальном масштабе

Меняя порядок интегрирования и используя известное свойство Ig функции из (2 ) получаем

= C, (м1соЩ, Д пР) (Ъ) где И cd>)=jff(xЛ2 )a > с1 с1яу т.е. Ф {Ы, Y)= Р (Ы„ д } ., (4) где 1„=+Я, Ч х

Таким образом, из (3) и (4) . следует, что одномерное преобразование

Фурье 5 (V,Ч ) при фиксированном угле Ф вЂ” двумерное преобразование

Фурье искомой функции E (М 3>Z>), взятое на прямой M>= Я "41y °

Пройдя призму Дове 6, падающее на нее излучение поворачивается вокруг оптической оси предметного пуч40 ка на угол 4, Таким образом, на фототермопластике 7, расположенном, в задней фокальной плоскости (Ю >Ю ) цилиндрической линзы 5, где ось Ю параллельна оси Х, голографически

45 записывают расположенный под углом

4 к оси ud одномерный Фурье-спектр ф; (Ы>9) нли d(EO)4 4 Ф (И,Ч2) при исследовании, соответсвенно, амплитудного или фазового объекта.

Прн дальнейшем синхронном повороте с помощью блока 10 исследуемого объекта 4 воркуг оси 2, и поворотной призмы 6 вокруг оптической оси предметного пучка на 1800 на ПМС 7 соглас55 но (3)и(4) произойдет заполнение всей частотной плоскости (OJ< > <) значениями Фурье-спектра F) (01 i Ш ).

ПМС, в качестве которого может быть

79 6использован фототермопластик, должен иметь узкую частотную передаточную характеристику, расположенную в высокочастотной области, для обеспечения возможности записи одномерного Фурье-. спектра с широким опорным пучком.При исследовании фазовых объектов можно использовать в частотной плоскости (43х Юу)режекторный фильтр для устранения нулевой частотной составляющей (Р(с0)

Осветив полученный двумерный

Фурье-спектр опоРным пучком,сформированным блоком 2, в направлении оптической оси предметного пучка socстанавливают световое поле, пропорциональное в плоскости (Cd@, 3 функции

F>(&„,Q),Сферическая линза 8 выполняет обратное преобразование Фурье (ХЛ,2 ) ОГ (0.1х ц)0 " с1ю du) и создает в плоскости регистратора 9

1 световую картину, амплитудное распределение которой пропорционально значениям искомой функции Е(Х,Д>2 )в сечении объекта 2.==7. > .

Таким образом, предлагаемое yc ãройство обеспечивает возможность измерения пространственного распределения оптических неоднородностей объектов в реальном времени при упрощении его. Бремя измерения в основном определяется временем поворота исследуемого объекта и призмы Дове, при котором происходит запись двумерного спектра F (Ы„,Ш ) на ПМС.

7 789679 8 времени, блок многоракурсного освеще- Степанова. М., "Советское радио, 1974, ния объекта выполнен в виде эле- с. 212. мента одномерного преобразования

Фурье, блока поворота излучения,рас- 2. Кузнецова Е. А. Голографичесположенных последовательно, а регист- кие методы исследования системы с ратор голограммы выполнен оперативным. широким полем зрения для изучения паИсточники информации, раметров нестационарных физических принятые во внимание при экспертизе процессов, дис, на соиск. учен.

1. Голография. Методы и аппарату- степени канд. физ.-мат. наук, М., ра Под ред. В. M. Гинзбург и Б.М. ВНИИОФИ, гл. 2 и 3 (прототип).

Составитель Е. Артамонова

Редактор Н. Алышина Техред С.Мигунова Корректор Н.Стец

Заказ 5030 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4