DE1912162B2 - Verfahren zum erhalt von interferenzstreifen in einem doppelt belichteten hologramm-interferometer - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erhalt von Interferenzstreifen in einem doppelt belichteten Hologramm-Interferometer nach der Zeitintervallmethode mittels zweier Bezugslichtstrahlen, die nacheinander zur Belichtung des Hologramms angewendet werden. Eine der neuerdings entwickelten Anwendungen der Holographie ist die gleichzeitige Rekonstruktion zweier Bilder von Wellenfronten, die in . einer fotografischen Platte in zeitlichem Abstand voneinander und in überlagerter Beziehung zueinander aufgezeichnet worden sind, um dadurch Interferenzmuster oder Interferenzstreifen zu erhalten, die die Lichtverzögerung oder die Lichtwegunterschiede zwischen den beiden Bildern angeben. Mit diesem Verfahren können nur räumliche zeitabhängige Änderungen oder Deformationen eines Subjektes selektiv in Form von Interferenzmustern oder -streifen selektiv erfaßt werden. Diese sind irregulär, wenn die Oberfläche des Subjektes irregulär ist, um die hierauf fallenden Lichtstrahlen. Nach der üblichen Methode dieser Art wird jedooh nur ein Interferenzmuster von einem Hologramm erzeugt, und es war insoweit unmöglich, die Interferienden Lichtquellen zu versetzen oder zu neigen.

Entsprechend der Erfindung können die von einem Hologramm rekonstruierten Doppelbilder durch die vorstehend erwähnten drei Operationen des Versetzens, des Neigens und Verzögerns modifiziert werden, wodurch klare Interferenzmuster erhalten werden, die sich in ihrer Form zu Beobachtungs- und Meßzwecken hervorragend eignen.

Bei der holographischen Interferometrieuntersuchiing gibt es drei bekannte Methoden: die Momentanzeit-Methode, die Zeitintervall-Methode und die Zeitdurchschnitts-Methode. Bei der Momentanzeit-Methode wird das von einem Hologramm rekonstruierte Bild mit dem ursprünglichen Objekt überlagert, um dadurch momentan die Änderungen die am Objekt aufgetreten sind, beobachten zu können. Diese Methode ist in der Praxis extrem schwierig anzuwenden, und zwar wegen der Kontraktion der Emulsionsschicht des Hologramms, der Notwendigkeit, das bei der Aufzeichnung des ursprünglichen Objektes benutzte Interferometersystem bis zur Bildrekonstruktion unverändert zu belassen (lange Standzeiten), und wegen der zu großen Empfindlichkeit des Ganzen gegenüber mechanischen Deformationen. Bei der mit Doppelbelichtung arbeitenden Zeitintervall-Methode werden zwei Zustände desselben Objekt nacheinander belichtet, um diese auf einem Hologramm in entsprechender Zeitintervall-Beziehung aufzuzeichnen. Die Interferenzmuster oder -streifen sind im Hologramm eingefroren. Deshalb kann nach Beleuchtung mit Laserstrahlen das Interferenzmuster unmittelbar rekonstruiert werden, so daß diese Methode bequem durchzuführen ist. Bei diesem Verfahren erhält man jedoch nur ein Interferenzmuster-Foto. Wird aber das Objekt unabsichtlich in seitlicher Richtung zwischen zwei Belichtungen versetzt oder werden sonstige Dejustierungen zwischen den Belichtungen verursacht, so können klare Interferenzstreifen nicht erhalten und schlechte verwaschene Interferenzstreifen nicht vermieden werden. Des weiteren ist es unmöglich, die Interferenzmuster oder -streifen in die für Beobachtungs- oder Meßzwecke am besten geeignete Form zu ändern durch Erzeugen einer Winkelabweichung zwischen den Bezugsstrahlen nach den Belichtungen und bei der Rekonstruktion, im Gegensatz zu der üblichen Interferometrie, bei der mit gewöhnlichem Licht gearbeitet wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verfahren der eingangs genannten Art auch bei Justierfehlern eindeutige Interferenzmuster zu erreichen und eine Änderung der Interferenzmuster zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch verschiedene Einfallswinkel der Bezugsstrahlen, durch Aufzeichnen verschiedener zeitabhängiger Zustände des gleichen Objekts auf dem Hologramm durch die beiden Bezugsstrahlen und den Objektstrahl, durch gleichzeitiges Rekonstruieren der beiden Bilder durch Beleuchten des aufgezeichneten Hologramms mit den beiden Bezugsstrahlen, um dadurch Interferenzstreifen infolge der unterschiedlichen Lichtverzögerung oder Lichtwege zu erzeugen, wenn die beiden verschiedenen Zustände aufgezeichnet werden, und durch leichtes Drehen einer der beiden Bezugsstrahlen zur Kompensation einer seitlichen Versetzung zwischen den beiden zeitabhängigen Zuständen des Ob-

jckts sowie zum Inkoinzidenzbringen der beiden rekonstruierten Bilder, um klare Interferenzstreifen zu erhalten.

Die Zeichung erläutert den' Erfindungsgegenstand. Es /eigen:

Fig, 1 eine Skizze zur Erläuterung des Erfindungsprinzips,

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 Beispiele von Interferenzmustern, die mit der Anordnung nach Fig. 2 erhältlich sind und

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, mit der eine Winkelabweichung zwischen den rekonstruierten Bildern erzeugt werden kann.

Wird ein Hologramm (Fig. 1), das mit zwei jeweils parallelen jedoch räumlich unterschiedlich orientierten Bezugsstrahlen hergestellt worden ist, durch die gleichen Bezugsstrahlen beleuchtet, so werden die WeI-lcnfronten oder das Bild a, die mit Hilfe des Bezugs-Strahls 1 von einem Objekt aufgezeichnet worden sind und nur durch den gleichen Strahl wieder rekon-ΐ,Ιι uiert werden, sowie die weiteren Wcllcnfrontcn d, die mit Hilfe des Bezugsstrahls 2 vom gleichen Objekt aufgezeichnet worden sind und durch den Strahl 2 rekonstruiert werden, räumlich miteinander koinzidieren. Wenn in diesem Fall irgendeine kleine Änderung in den Abmessungen zwischen diesen beiden rekonstruierten Wellenfronten vorhanden ist, werden einem Interferenzmuster ähnliche Konturenlinien auftreten. In diesem Falle werden auch die rekonstruierten Wellenfronten b des mit Hilfe des Bezugsstrahls 1 aufgezeichneten, aber vom Bezugsstrahl 2 zurückgespiegelten Objekts und die weiteren rekonstruierten Wellenfronten c des Objekts, das mit Hilfe des Bezugs-Strahls 2 aufgezeichnet worden ist, aber durch die Beleuchtung des Bezugsstrahls 1 rekonstruiert wird, benachbart den rekonstruierten Wellenfronten α und d als störende Bilder erscheinen; jedoch können die rekonstruierten Wellenfronten b und c an einer Überlagerung mit den rekonstruierten Wellenfronten α und d dadurch gehindert werden, daß man den Winkel zwischen den beiden Bezugsstrahlen 1 und 2 geeignet auswählt. Ist nun eine Koinzidenz zwischen den rekonstruierten Wellenfronten α und d aus dem einen oder anderen Grunde nicht zu erhalten, so kann einer der Bezugsstrahlen leicht gedreht werden, um die Koinzidenz hierzwischen zu erhalten und damit klare Interferenzmuster.

Wenn die beiden Bezugsstrahlen, die das HoIogramm bei der Rekonstruktion ausleuchten, senkrecht zueinander polarisiert sind, können die beiden rekonstruierten Wellenfronten durch Verwendung eines geeigneten polarisierenden Elementes gegeneinander geneigt werden. Beispiele für letzteres sind ein quadratisches Lichtwegsagnac-Interferometer, bei welchem polarisierende Halbspiegel (PM) des Banningtypus benutzt werden, ferner einachsige Kristallplatten, Savart-Platten (SP) usw. Dieses wird im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch beschrieben.

Wenn das Hologramm HG in der Querrichtung K versetzt wird, kann eine Lichtretardation, d.h., eine vorbestimmte Differenz der Lichtwege der von zwei rekonstruierten Wellenfronten austretenden Strahlen, 6 im Gesichtsfeld erzeugt werden. Sonach können die Interferenzmuster in eine geeignete Position versetzt werden, und in diesem Falle sind die Bewegungen sowie die Versetzungen der solcherart versetzten Interferenzmuster genau bekannt aus der Versetzung des Hologramms HG, was durch die Koinzidenzmethode festgestellt wird,

In Fig. 2 wird der Bezugsstrahl eines Lasers L in drei Strahlen durch eine planparallele Glasplatte B aufgespalten. Die an der Vorder- und Rückseite des Glases B reflektierten Strahlen sind linearpolarisiert und werden durch die Spiegel Ml und Ml reflektiert. Die Durchmesser der Strahlen sind durch Umkehrteleskope 7Ί bzw. Tl vergrößert, um die Hologrammplatte als Bezugsstrahlen auszuleuchten. Andererseits wird das die Glasplatte B passierende Licht durch eine Linse Ol aufgefächert, um das Objekt 5 zu beleuchten. Ein Halbwellenlängenplättchen Wl dient zur Änderung der Intensität des das Objekt ausleuchtenden Lichtes im Verhältnis zu der der Bezugsstrahlen. Der erste Zustand des Objekts S wird durch den Bezugsstrahl 1 aufgezeichnet, während der zweite Zustand vom Bezugsstrahl 2 aufgezeichnet wird. Bei der Rekonstruktion von Wellenfronten aus einem derartigen Hologramm, wird das Hologramm in der gleichen Position wie bei der Aufzeichnung angeordnet, und wird durch zwei Bezugsstrahlen beleuchtet. In diesem Fall werden die Interferenzmuster wegen der unterschiedlichen Weglängen zwischen dem ersten und zweiten Zustand durch die solcherart rekonstruierten beiden Wellenfronten erzeugt. Ist irgendeine seitliche Versetzung oder Abweichung zwischen den beiden Zuständen vorhanden, oder wird das Hologramm HG an einer etwas anderen Stelle im Vergleich zur Aufnahmestellung angeordnet, so werden keine Interferenzmuster auftreten, oder die Muster werden nur schwachen Kontrast haben. In diesem Fall wird einer der beiden Bezugsstrahlen gegenüber dem anderen geneigt, um seinen Einfallswinkel auf das Hologramm HG zu ändern, so daß die zu prüfenden oder beobachtenden Teiler zweier rekonstruierter Wellenfronten vollständig einander überlagert werden können. Es können dann Interferenzmuster, die Änderungen der Höhen anzeigen, in klarer Form erhalten werden.

Wenn einer der Bezugsstrahlen, der das Hologramm HG beleuchtet, in seiner Polarisationsrichtung um 90° durch ein Wellenlängenplättchen Hl gedreht wird, so haben die Lichtstrahlen, die von den rekonstruierten Wellenfronten ausgehen, zwei zueinander senkrechte Schwingungsebenen für den Lichtvektor. Hinter dem Hologramm WG ist ein Objektiv 02 derart angeordnet, daß sein Brennpunkt mit den rekonstruierten Wellenfronten zusammenfällt. Wenn die rekonstruierten Wellenfronten durch eine Sevart-Platte SP betrachtet werden, werden gleich entfernte parallele Streifen infolge der Savart-Platte SP auf das erste Interferenzmuster (Fig. 3 — a) überlagert. Die Abweichung von den geraden Streifenlinien erzeugt die Konturlinien längs der Streifen des Interferenzmusters, die die Abweichung des Zustandes anzeigen (siehe Fig. 3 — b). Wenn ein Wellenlängenplättchen W3 und damit· die zueinander senkrechten Schwingungsebenen der beiden Bezugsstrahlen unter Beibehaltung der Orthogonalität gedreht werden, und wird die Savart-Platte SP auf die Drehung des Wellenlängenplättchens W3 hin gedreht, so können die Richtungen der Streifen geändert werden, wie dieses in Fig. 3 — c gezeigt ist. Das gleiche Resultat kann durch das quadratische optische Weglängen-Interferometer unter Verwendung eines polarisierenden Halbspiegels

PM erhalten werden (siehe Fig. 4). In diesem Fall reflektiert der Halbspiegel PM die Komponente S" des polarisierten Lichtes und läßt die Komponente P' durch, so daß die Lichtstrahlen, die von zwei rekonstruierten Wellenfronten ausgehen, vorher im Uhrzeiger- bzw. Gegenzeigersinn gedreht werden, bevor sie einander überlagert werden. Wird ein Spiegel M leicht gedreht, so werden die beiden rekonstruierten Wellenfronten gegeneinander geneigt, wodurch eine Änderung der Streifen von Fig. 3 — a nach Fig. 3 — b erzeugt wird. Eine Objektivlinse O dient dazu, die seitliche Abweichung zwischen den beiden rekonstruierten Wellenfronten infolge der obigen Neigung zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erhalt von Interferenzstreifen

in einem doppelt belichteten Hologramm-Interfero- s meter nach der Zeitintervallmethode mittels zweier Bezugsstrahlen, die nacheinander zur Belichtung des Hologramms angewendet werden, gekennzeichnet durch verschiedene Einfallswinkel der Bezugsstrahlen, durch Aufzeichnen verschiedener zeitabhängiger Zustände des gleichen Objekt auf dem Hologramm durch die beiden Bezugsstrahlen und den Objektstrahl, durch gleichzeitiges Rekonstruieren der beiden Bilder durch Beleuchten des aufgezeichneten Hologramms mit den beiden Be- π zugsstrahlen, um dadurch Interferenzstreifen infolge der unterschiedlichen Lichtverzögerung oder Lichtwege zu erzeugen, wenn die beiden verschiedenen Zustände aufgezeichnet werden, und durch leichtes Drehen einer der beiden Bezugsstrahlen zur Kompensation einer seitlichen Versetzung zwischen den beiden zeitabhängigen Zuständen des Objekts sowie zum Inkoinzidenzbringen der bei den rekonstruierten Bilder, um klare Interferenzstreifen zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polarisationsmittel zum Umwandeln der beiden Bezugsstrahlen in linearpolarisiertes Licht verwendet werden, deren Schwingungsebenen senkrecht zueinander stehen, um dadurch das eine rekonstruierte Bild vom anderen durch das polarisierte Licht unterscheiden zu können, und daß polarisierende und doppelbildfokussierende Mittel zum Erhalt einer neuen Winkelabweichung zwischen den beiden rekonstruierten Bildern verwendet werden, um dadurch für Meßzwecke geeignete Interferenzstreifen zu erhalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem in seitlicher Richtung versetzbaren Hologramm gearbeitet wird, um die Interferenzstreifen gegenüber dem Subjekt verschiebbar zu machen.