Голография в матричных фазовых модуляторах света

Схема представляет собой интерферометр Тваймана-Грина. Монохроматическое излучение He-Ne лазера проходит через телескопическую систему 2 и диафрагму 5, таким образом, объект

Голография в матричных фазовых модуляторах света

Дипломная работа

Физика

Другие дипломы по предмету

Физика

Сдать работу со 100% гаранией
волн, распространяющихся при освещении голограммы 4 волнами и , можно представить в виде ряда Фурье в комплексной форме:

 

 

Второй из объективов 5 проецирует прошедшие через отверстия волны на ПЗС-матрицу камеры. В плоскости ПЗС-камеры их комплексные амплитуды в экспоненциальном виде можно представить как:

 

 

Таким образом, в плоскости ПЗС-камеры волны и образуют интерференционную картину:

 

.

 

Под чувствительностью голографического интерференционного метода понимается отношение деформации волнового фронта, восстановленного с голограммы, к деформации волнового фронта, прошедшего изучаемый объект. В результате, можно заключить, что при использовании вышеописанного метода перезаписи голограммы объекта чувствительность измерения повышена в 2n раз, где n - порядок дифракции волн на освещаемой голограмме. Пример вторичной голограммы приведен на Рис.9.

 

Рис. 4. Вторичная голограмма с увеличенной в 2 раза чувствительностью

 

Перейдем к пояснению непосредственной оригинальности настоящей работы, которая заключается в применении в схеме перезаписи электрически адресуемого (ЭА) ЖК ПМС (см. Рис.5).

 

Рис. 11. Схема перезаписи с ЭА ЖК ПМС.

- He-Ne лазер; 2 - телескоп; 3 - интерферометр Маха-Цендера;

- голограмма; 5 - объектив; 6 - фильтрующая диафрагма

 

Элементы схемы, приведенной на Рис.10, аналогичны элементам схемы с Рис.8, за исключением физической реализации голограммы, которую предлагается реализовать с помощью ЭА ЖК ПМС, подключенного к компьютеру. Такой способ физической реализации голограммы позволяет вывести систему на новый технический уровень.

Результаты эксперимента

В первой фазе эксперимента производится запись фоторегистрирующей средой (ПЗС-камера, Рис.11) интерференционной голограммы с образца, представляющего собой прозрачную плоскопараллельную пластинку с прямоугольным выступом в виде ступеньки. При проведении эксперимента, описываемого данной работой, в первой фазе вместо полупрозрачной пластины со ступенькой использовалась голограмма хорошего качества на фотоплёнке (Рис.12) и искусственно смоделированное цифровое изображение (Рис.13), подаваемое на дисплей модулятора. Голограммы размещались в одном из плеч интерферометра 3 (см. Рис.11).

 

Рис. 12. Опыт по перезаписи голограммы с фотоплёнки:

а - фотография голограммы на плёнке; б - перезаписанная голограмма с увеличением чувствительности в 3 раза

 

 

 

Рис. 13. Опыт по перезаписи цифрового изображения:

а - моделированное изображение, сдвиг фазы Δφ ≈ 0,38 рад; б-перезаписанная голограмма с увеличением чувствительности в 5 раз, сдвиг фазы Δφ ≈ 1,92 рад; в-перезаписанная дважды голограмма с увеличением чувствительности в 8 раз, сдвиг фазы Δφ ≈ 3,08 рад

 

Следует отметить, что возможна перезапись интерференционной голограммы одним пучком, однако это требует наличие двух отверстий в непрозрачном экране пространственного фильтра на заранее чётко определённом расстоянии друг от друга [13]. Реализация этого условия сложнее, чем совмещение изображений от двух пучков, но можно использовать систему из двух щелей, направленных под углом друг к другу, таких, чтобы перемещение пространственного фильтра по вертикальной оси способствовало изменению расстояния между щелями на прямой, содержащей в себе точки фокусировки пучков разных порядков дифракции.

Использование компьютерной системы в качестве контроллера и информационного канала между записывающим устройством (ПЗС-камерой) и воспроизводящим устройством (ЭА ЖК ПМС) дает возможность реализации раскрытого метода с большими точностью и скоростью. Стоит отметить и возможность дистанционного динамического повышения чувствительности самых разнообразных систем. Физическая реализация голограмм с помощью ЭА ЖК ПМС, более технологична, чем другие ранее известные методы реализации.

У раскрытого метода имеются ограничения, связанные с пределом пикселизации голограмм, аберрациями оптической системы записи и перезаписи, шумами. Пиксельный предел может быть частично преодолен путем использования технически более совершенной аппаратуры, а именно ПЗС-камеры с большим разрешением и соответствующего модулятора. Что же касается аберрационных и шумовых ограничений, на дальнейших этапах настоящего проекта планируется реализовать техническое решение указанных проблем. Более подробно об устранении аберраций в описанном типе голографических интерференционных систем можно прочесть в [11-15].

 

5. Повышение чувствительности измерений аномальной дисперсии методом крюков Рождественского

 

Область поставленной задачи

Изучение зависимости показателя преломления от длины волны в окрестностях линий поглощения даёт возможность получить много ценных сведений об исследуемой среде.

Для количественных измерений в этой области Д.С. Рождественский предложил в одно из плеч интерферометра вводить наряду с парами исследуемого вещества плоскопараллельную пластинку из стекла или другого прозрачного однородного вещества (см. Рис.14).

 

Рис. 14. Установка для измерения показателя преломления методом крюков Рождественского

Интерференционные полосы при этом образуют в близи линии поглощения максимумы и минимумы, названные Д.С. Рождественским крюками. По расстоянию между вершинами крюков разработанный метод позволяет определить производную показателя преломления исследуемого пара по длине волны для тех длин волн, в которых образуются крюки.

Несмотря на высокую чувствительность таких интерференционных измерений, часто на практике приходится сталкиваться с задачами диагностики, когда для удовлетворительной обработки интерферограммы количество интерференционных полос или их сдвиг недостаточны [16]. В этом случае обычно используют методы повышения чувствительности измерений. Методы повышения чувствительности измерений использовались при исследовании газовых потоков около моделей в аэродинамических трубах и баллистических трассах при низких давлениях, разреженных потоков в ударных трубах, для контроля точных концевых мер и малых отклонений от плоскостности, а также в интерференционной спектроскопии.

Известные методы повышения чувствительности измерений при оптической обработке голограмм основаны или на восстановлении волнового фронта в высших порядках дифракции, или на перезаписи голограмм с фильтрацией пространственных частот. Последние методы позволяют достичь более высокой чувствительности измерений. Перезапись голограмм может производиться одним или двумя пучками света. Если во втором случае перезапись голограмм может осуществляться только в когерентном свете, то при перезаписи одним пучком требования к когерентности источника существенно снижаются и, следовательно, улучшается качество перезаписанных голограмм из-за уменьшения когерентных шумов.

Схема установок для проведения эксперимента

Опыт записи интерференционной голограммы со спектроинтерферограммы дублета натрия аналогичен перезаписи интерференционных голограмм со ступенькой, однако в этом случае для воссоздания наклона интерференционных полос как от плоскопараллельной пластинки в оригинальном опыте Д.С. Рождественского требуется развести пучки от подвижного и неподвижного плеч интерферометра по вертикали. Диафрагма с точечным отверстием для данной цели не пригодна, поэтому на данном этапе работы она была заменена щелью от спектрометра.

Структура спектроинтерферограммы (Рис.15, а) отлична от периодических полос интерференционных голограмм со ступенькой. Из-за этого в фурье-образе спектроинтерферограммы на диафрагме невозможно различить пятна, относящиеся к разным порядкам. Это усложняет настройку положения диафрагмы со щелью 6 (см. Рис.11) и выходного светоделительного кубика интерферометра 3, определяющего положение второго пучка излучения. Первоначальная настройка производилась при установке в позицию 4 спектрограммы на фотоплёнке, после чего фотоплёнка была заменена модулятором, на дисплей которого выводилось аналогичное изображение.

Результаты эксперимента

Результаты эксперимента представлены на Рис.15.

 

 

Рис. 15. Перезаписанные голограммы с крюками Рождественского:

а - исходное изобрежение спектроинтерферограммы дублета натрия;

б - со спектрограммы, записанной на фотоплёнке;

в - со спектрограммы, воссозданной на дисплее ПМС

 

По результатам данного эксперимента:

показана принципиальная возможность качественной замены фотоплёночного носителя голографической интерферограммы на жидкокристаллический дисплей ПМС с компьютерным управлением;

показана принципиальная возможность визуализации крюков Рождественского при помощи записи интерференционной голограммы с цифровой спектроинтерферограммы на матричном жидкокристаллическом дисплее ПМС.

Первоочерёдной задачей дальнейших исследований по увеличению чувствительности интерференционных измерений малых неоднородностей при помощи компьютерной голографии с использованием жидкокристаллического пространственного модулятора света является обновление элементной базы с целью увеличения качества характеристик пучка лазерного излучения (в т. ч. однородности поля засветки), а так же включения в оптическую схему элементов и устройств, способных дополнительно снизить количество искажений на записываемой голографической интерферограмме.

Так же требуется изучить возможность автоматизирования переноса изображения с ПЗС-матрицы на дисплей ПМС с целью ускорения процесса многократной перезаписи

Похожие работы

<< < 1 2 3 4 >