RU2016379C1

RU2016379C1 - Method of determining displacements and adaptive holographic interferometer

Info

Publication number: RU2016379C1
Authority: RU
Inventors: Георгий Евгеньевич Довгаленко
Original assignee: Георгий Евгеньевич Довгаленко
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-01-29
Publication date: 1994-07-15

Abstract

FIELD: test-and-measurement technology. SUBSTANCE: method involves forming two reference and object beams from a coherent elliptically polarized radiation, directing them to opposite faces of a photorefractive crystal which is used as a recording medium for recording holograms in opposite directions relative to each other. As a result of interference of the beams in a volume of crystal refraction index variations occur, i.e. a phase hologram is being recorded. From this hologram as a result of self diffraction a holographic image is restored. EFFECT: widened time range for storage of holograms and enhanced diffraction efficiency of the same. 17 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при проведении измерения перемещений и деформаций с использованием метода голографической интерферометрии, а также для получения голограмм при проведении таких измерений. The invention relates to a control and measuring technique and can be used to measure displacements and strains using the method of holographic interferometry, as well as to obtain holograms during such measurements.

Известен способ определения перемещений, заключающийся в том, что формируют из когерентного излучения опорный и объектный пучки, направляют их на фотопластинку, осуществляют фотохимическую обработку фотопластинки и восстанавливают с полученной голограммы изображение, по которому определяют перемещения [1]. A known method for determining displacements is that they form reference and object beams from coherent radiation, direct them to a photographic plate, carry out photochemical processing of the photographic plate, and restore the image from which the movement is determined from the hologram [1].

Известный способ не обеспечивает широкого временного диапазона хранения голограммы и высокой дифракционной эффективности получаемых голограмм. Получению требуемого технического эффекта препятствуют следующие причины. Во-первых, использование галоидосеребряных сред для регистрации картины интерференции опорного и объектного пучков обуславливает необходимость проведения фотохимического процесса для визуализации этой картины. Наличие такого процесса приводит к увеличению времени получения голограмм, т.е. снижает производительность. Во-вторых, в известном способе опорный и объектный пучки падают на фотопластинку с одной и той же стороны, что приводит к получению плоской голограммы. Однако известно, что дифракционная эффективность плоских голограмм, зарегистрированных на галоидосеребряных средах, не превосходит нескольких процентов, т.е. является весьма низкой по отношению к теоретически возможной дифракционной эффективности голограмм. The known method does not provide a wide time range for hologram storage and high diffraction efficiency of the obtained holograms. Obtaining the required technical effect is hindered by the following reasons. First, the use of silver halide media to record the interference pattern of the reference and object beams necessitates a photochemical process to visualize this picture. The presence of such a process leads to an increase in the time for obtaining holograms, i.e. reduces performance. Secondly, in the known method, the reference and object beams fall on the photographic plate from the same side, which leads to a flat hologram. However, it is known that the diffraction efficiency of flat holograms recorded on silver halide media does not exceed several percent, i.e. is very low with respect to the theoretically possible diffraction efficiency of holograms.

Известен голографический интерферометр для реализации способа измерения перемещений, содержащий источник когерентного излучения, расположенный по ходу излучения, светоделитель, оптическую систему формирования опорного пучка, оптическую систему формирования объектного пучка, включающую держатель объекта и фоторегистратор [1]. Known holographic interferometer for implementing a method of measuring displacements, containing a coherent radiation source located along the radiation path, a beam splitter, an optical system for generating a reference beam, an optical system for generating an object beam, including an object holder and a photographic recorder [1].

Известное устройство не обеспечивает большого временного диапазона хранения гологрмaмы и высокой дифракционной эффективности полученных интерферограмм. Получению требуемого технического эффекта препятствуют следующие причины. В качестве фоторегистратора в интерферометре использована фотопластинка с галоидосеребряной регистрирующей средой, а оптические системы формирования опорного и объектного пучков установлены так, что сформированные пучки падают на фотопластинку с одной стороны. Эти особенности интерферометра приводят к тому, что для получения голограммы необходимо проведение фотохимической обработки, что требует специального оборудования и времени. Кроме того, взаимное расположение элементов интерферометра обеспечивает получение только плоских голограмм, обладающих низкой дифракционной эффективностью. The known device does not provide a large time range for storing the gologram and high diffraction efficiency of the obtained interferograms. Obtaining the required technical effect is hindered by the following reasons. An interferometer uses a photographic plate with a silver halide recording medium, and the optical systems for forming the reference and object beams are installed so that the formed beams fall on the photographic plate on one side. These features of the interferometer lead to the fact that to obtain a hologram, photochemical processing is necessary, which requires special equipment and time. In addition, the relative position of the elements of the interferometer provides only flat holograms with low diffraction efficiency.

В качестве способа, наиболее близкого по совокупности признаков, является принятый за прототип способ определения перемещений, заключающийся в том, что формируют из когерентного излучения опорный и объектный пучки, направляют их на предназначенные для экспонирования рабочие грани фоторефрактивного кристалла навстречу друг другу относительно плоскости рабочих граней и регистрируют дифрагированный пучок, по которому измеряют перемещение [2]. As a method that is closest in the totality of features, the method for determining displacements adopted as a prototype is that they form reference and object beams from coherent radiation, direct them to the working faces of the photorefractive crystal intended for exposure, towards each other relative to the plane of the working faces and register diffracted beam, which measure the movement [2].

Известный способ, принятый за прототип, не обеспечивает большого диапазона хранения голограмм и высокой дифракционной эффективности. Получению требуемого технического эффекта препятствуют следующие причины. Излучение опорного и объектного пучков является линейно поляризованным. При несовпадении их плоскостей поляризации снижается величина формируемого в кристалле электрического поля, что снижает дифракционную эффективность и время хранения. В части устройства наиболее близким по совокупности признаков является принятый за прототип адаптивный голографический интерферометр, содержащий источник когерентного излучения, расположенный по ходу излучения светоделитель, оптическую систему формирования опорного пучка, оптическую систему формирования объектного пучка, включающую держатель объекта, фоторефрактивный кристалл с рабочими гранями, предназначенными для экспонирования кристалла, установленный в области пересечения опорного и объектного пучков, и блок регистрации интерференционной картины [3]. The known method adopted for the prototype does not provide a large storage range of holograms and high diffraction efficiency. Obtaining the required technical effect is hindered by the following reasons. The radiation of the reference and object beams is linearly polarized. If their polarization planes do not coincide, the magnitude of the electric field formed in the crystal decreases, which reduces diffraction efficiency and storage time. In terms of the device, the closest in combination of features is the adaptive holographic interferometer adopted as a prototype, containing a coherent radiation source, a beam splitter located along the radiation path, an optical system for generating a reference beam, an optical system for generating an object beam, including an object holder, a photorefractive crystal with working faces intended for exhibiting a crystal installed in the region of intersection of the reference and object beams, and an in reference picture [3].

Известный голографический интерферометр, принятый за прототип, не обеспечивает большого временного диапазона хранения голограммы и высокой дифракционной эффективности. Получению требуемого технического эффекта препятствуют следующие причины. Опорный и объектный пучки падают на кристалл с одной стороны. Это приводит к большому пространственному периоду формируемой в кристалле периодической структуры (голограммы) и, следовательно, к малой величине электрического поля, создаваемого разделением зарядов. Наличие малой величины внутреннего поля не обеспечивает длительного хранения сформированной голограммы, приводит к ее быстрому "рассасыванию". Другой причиной является использование для формирования как опорного, так и объектного пучков излучения с линейной поляризацией. Это обстоятельство приводит к тому, что даже при незначительном несоответствии характера поляризации этих пучков снижает уровень модуляции формируемой голограммы и, следовательно, ее дифракционную эффективность. The well-known holographic interferometer, adopted as a prototype, does not provide a large time range for hologram storage and high diffraction efficiency. Obtaining the required technical effect is hindered by the following reasons. The reference and object beams fall on the crystal from one side. This leads to a large spatial period of the periodic structure (hologram) formed in the crystal and, therefore, to a small electric field created by the separation of charges. The presence of a small internal field does not provide long-term storage of the formed hologram, leading to its rapid "resorption". Another reason is the use for the formation of both reference and object beams of radiation with linear polarization. This circumstance leads to the fact that even with a slight discrepancy in the nature of the polarization of these beams, it reduces the modulation level of the generated hologram and, therefore, its diffraction efficiency.

Изобретение направлено на решение следующей задачи. В фоторефpактивном кристалле необходимо создать условия для формирования структуры, обеспечивающей высокий и перестраиваемый уровень электрического поля. The invention is aimed at solving the following problem. In a photorefractive crystal, it is necessary to create conditions for the formation of a structure that provides a high and tunable level of the electric field.

При осуществлении изобретения увеличивается временной диапазон хранения голограммы и увеличивается дифракционная эффективность получаемых голограмм. When carrying out the invention, the storage time range of the hologram is increased and the diffraction efficiency of the obtained holograms is increased.

В части способа достижение указанного технического эффекта обеспечивается тем, что в известном способе определения перемещений, заключающемся в том, что формируют из когерентного излучения опорный и объектный пучки, направляют их на предназначенные для экспонирования рабочие грани фоторефрактивного кристалла навстречу друг другу относительно плоскости рабочих граней и регистрируют дифрагированный пучок, по которому измеряют перемещение, согласно заявляемому изобретению для формирования по крайней мере одного из пучков используют излучение с эллиптической поляризацией, создаются условия максимальной эффективности интерференционного взаимодействия опорного и объектного пучков и обеспечивается повышение временного диапазона хранения голограмм и увеличение дифракционной эффективности получаемых голограмм. In terms of the method, the achievement of the indicated technical effect is ensured by the fact that in the known method for determining displacements, namely, that the reference and object beams are formed from coherent radiation, they are directed to the working faces of the photorefractive crystal intended for exposure towards each other relative to the plane of the working faces and recorded the diffracted beam, according to which the movement is measured, according to the claimed invention, to form at least one of the beams, radiation with elliptical polarization, conditions are created for the maximum efficiency of the interference interaction of the reference and object beams and an increase in the temporal range of storage of holograms and an increase in the diffraction efficiency of the resulting holograms are provided.

В частных случаях заявленный способ может характеризоваться следующими признаками. In particular cases, the claimed method can be characterized by the following features.

Угол схождения пучков может быть выбран близким к 180^о. Помимо указанного выше технического эффекта такой выбор угла схождения обеспечивает наименьший шаг решетки и тем самым дает максимальную дифракционную эффективность и время хранения голографической информации. Для формирования пучка с эллиптической поляризацией может быть использовано излучение с различным соотношением полуосей а и b эллипса поляризации. При a/b = 1 пучок обладает круговой поляризацией, что дополнительно автоматически обеспечивает оптимальность записи динамических решеток.The angle of convergence of the beams can be selected close to 180 ^about . In addition to the technical effect indicated above, such a choice of the convergence angle provides the smallest lattice pitch and thereby gives maximum diffraction efficiency and holographic information storage time. To form a beam with elliptical polarization, radiation with a different ratio of the semiaxes a and b of the polarization ellipse can be used. For a / b = 1, the beam has circular polarization, which additionally automatically ensures optimal recording of dynamic gratings.

В случае, когда излучение с эллиптической поляризацией используют для формирования объектного пучка, для формирования опорного пучка используют излучение с линейной поляризацией, а дифрагированный пучок регистрируют со стороны падения объектного пучка на фоторефрактивный кристалл, дополнительно обеспечивается непрерывная регистрация голограммы, т.е. регистрация в реальном масштабе времени. In the case when the radiation with elliptical polarization is used to form the object beam, linearly polarized radiation is used to form the reference beam, and the diffracted beam is recorded from the side of incidence of the object beam on the photorefractive crystal, and the hologram is continuously recorded, i.e. real-time registration.

В части устройства достижение указанного технического эффекта обеспечивается тем, что в известном адаптивном голографическом интерферометре, содержащем источник когерентного излучения, расположенный по ходу излучения светоделитель, оптическую систему формирования опорного пучка, оптическую систему формирования объектного пучка, включающую держатель объекта, фоторефрактивный кристалл с рабочими гранями, предназначенными для экспонирования кристалла, установленный в области пересечения опорного и объектного пучков, и блок регистрации интерференционной картины, согласно заявляемому изобретению источник излучения выполнен в виде источника эллиптически поляризованного излучения, оптические системы формирования опорного и объектного пучков размещены по разные стороны относительно плоскостей рабочих граней кристалла и ориентированы так, что оси выходящих из систем пучков составляют относительно нормалей к плоскости рабочих граней кристалла углы в интервале 0...90^о.In terms of the device, the achievement of the indicated technical effect is ensured by the fact that in the known adaptive holographic interferometer containing a coherent radiation source, a beam splitter located along the radiation, an optical system for generating a reference beam, an optical system for generating an object beam including an object holder, a photorefractive crystal with working faces, intended for exposure of the crystal, installed in the area of intersection of the reference and object beams, and the register block According to the claimed invention, the radiation source is made in the form of an elliptically polarized radiation source, the optical systems for forming the reference and object beams are placed on different sides relative to the planes of the working faces of the crystal and are oriented so that the axes of the emerging beams from the systems are relative to the normal to the plane of the working faces crystal angles in the range 0 ... 90 ^about .

Благодаря тому, что оптические системы формирования опорного и объектного пучков размещены по разные стороны относительно плоскостей рабочих граней кристалла и ориентированы так, что оси выходящих из систем пучков составляют относительно нормалей к плоскости рабочих граней кристалла углы в интервале 0...90^о, обеспечивается объемная запись голограммы в кристалле, что в свою очередь снижает период пространственной решетки. При использовании в этом случае источника с эллиптической поляризацией излучения создается множество решеток в бесконечно малой толщине кристалла, что в результате и обеспечивает повышение времени хранения голограммы и увеличение дифракционной эффективности получаемых голограмм.Due to the fact that the optical system for forming the reference and object beams are arranged on opposite sides with respect to the working plane faces of the crystal and oriented so that the axis of the exiting beams systems are a relatively normal to the working plane faces of the crystal angles in the range 0 ... ^90, provides bulk recording a hologram in a crystal, which in turn reduces the spatial lattice period. When a source with an elliptical polarization of radiation is used in this case, many gratings are created in an infinitely small crystal thickness, which, as a result, provides an increase in the storage time of the hologram and an increase in the diffraction efficiency of the obtained holograms.

В конкретных формах выполнения и особых условиях использования заявленное устройство может характеризоваться следующей совокупностью признаков. In specific forms of execution and special conditions of use, the claimed device can be characterized by the following set of features.

Устройство может быть выполнено так, что источник эллиптически поляризованного излучения выполнен в виде последовательно расположенных источника линейно поляризованного излучения и четвертьволновой пластинки, установленной с возможностью вращения относительно оси источника линейно поляризованного излучения. Такое выполнение устройства обеспечивает использование в качестве источника света лазеров, которые серийно выпускаются промышленностью. The device can be made so that the source of elliptically polarized radiation is made in the form of a sequentially located source of linearly polarized radiation and a quarter-wave plate mounted for rotation relative to the axis of the source of linearly polarized radiation. This embodiment of the device ensures the use of lasers as a light source, which are commercially available from industry.

Устройство может быть выполнено так, что фоторефрактивный кристалл выполнен в виде кристалла симметрии 23 таким образом, что плоскости его рабочих граней составляют с осью 001 кристалла угол, равный 90^о. Такое выполнение обеспечивает максимальную величину эффекта.The device can be made so that the photorefractive crystal is made in the form of a crystal of symmetry 23 so that the planes of its working faces make an angle of 90 ^about with the axis 001 of the crystal. This embodiment provides the maximum value of the effect.

Устройство может быть выполнено так, что система формирования опорного пучка выполнена с полупрозрачным зеркалом, размещенным на выходе системы и установленным с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала и перпендикулярного плоскости расположения осей сформированных пучков, а блок регистрации интерференционной картины оптически связан с кристаллом через полупрозрачное зеркало. Благодаря тому, что блок регистрации интерференционной картины расположен за полупрозрачным зеркалом, установленным в системе формирования опорного пучка с возможностью поворота, обеспечивается возможность регулирования времени хранения голограммы, а также достижение максимальной дифракционной эффективности при угле схождения опорного и объектного пучков, близком к 180^о.The device can be made so that the system for forming the reference beam is made with a translucent mirror placed at the output of the system and installed with the possibility of rotation around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the plane of the axes of the formed beams, and the registration unit of the interference pattern is optically coupled to the crystal through translucent mirror. Because interference pattern registration unit located behind the semitransparent mirror installed in the system for generating a reference beam rotatably provided the ability to control the hologram storage time, and also to achieve maximum diffraction efficiency when the angle of convergence of the reference and object beams, is close to ¹⁸⁰ °.

Устройство может быть выполнено так, что система формирования объектного пучка выполнена с поляризатором, размещенным на выходе системы и установленным с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора, система формирования опорного пучка выполнена с отражающим зеркалом, размещенным на выходе системы и установленным с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала и перпендикулярной плоскости расположения осей сформированных пучков, блок регистрации выполнен в виде полупрозрачного зеркала, размещенного по ходу излучения между отражающим зеркалом и кристаллом и установленного с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости полупрозрачного зеркала и перпендикулярной плоскости расположения осей сформированных пучков и фоточувствительного элемента, оптически связанного с кристаллом через полупрозрачное зеркало. В этом случае поляризатор, размещенный в системе формирования объектного пучка, обеспечивает возможность записи в кристалле дифракционной решетки таким образом, что дифрагированное излучение (голографическое восстановленное изображение) будет выделяться полупрозрачным зеркалом блока регистрации. Благодаря возможности поворота зеркала обеспечивается его установка под углом Брюстера, что дает максимальную величину дифрагированного сигнала. The device can be made so that the object beam formation system is made with a polarizer located at the output of the system and mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, the reference beam formation system is made with a reflecting mirror placed at the system output and installed with the possibility rotation around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the plane of the arrangement of the axes of the formed beams, the registration unit is made in the form of a half transparently mirror disposed along the light between the reflection mirror and the crystal and mounted rotatably about an axis lying in the plane of the semitransparent mirror, and perpendicular to the plane formed by the axes of the beams and the photosensitive member, optically connected to the crystal through the semitransparent mirror. In this case, the polarizer located in the system for generating the object beam makes it possible to record the diffraction grating in the crystal in such a way that the diffracted radiation (holographic reconstructed image) will be emitted by the translucent mirror of the recording unit. Thanks to the ability to rotate the mirror, it is installed at the Brewster angle, which gives the maximum value of the diffracted signal.

Устройство может быть выполнено так, что система формирования объектного пучка выполнена с поляризатором, система формирования опорного пучка выполнена с полупрозрачным зеркалом, размещенным на выходе системы и установленным с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала и перпендикулярно плоскости расположения осей сформированных пучков, а блок регистрации интерференционной картины выполнен в виде последовательно размещенных поляризатора, установленного с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора, и фоточувствительного элемента и оптически связан с кристаллом через полупрозрачное зеркало. Благодаря тому, что в этом случае дифрагированная компонента излучения выделяется поляризатором, установленным в блоке регистрации, обеспечивается возможность непрерывной, т.е. в реальном масштабе времени, регистрации голограмм. The device can be made so that the object beam formation system is made with a polarizer, the reference beam formation system is made with a translucent mirror placed at the output of the system and mounted to rotate around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the plane of the axes of the formed beams, and the block registration of the interference pattern is made in the form of a sequentially placed polarizer mounted with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the axis n great- est transmission polarizer, and a photosensitive element and is optically coupled to the crystal through a semitransparent mirror. Due to the fact that in this case the diffracted component of the radiation is emitted by the polarizer installed in the recording unit, the possibility of continuous, i.e. real-time recording of holograms.

Устройство может быть выполнено так, что система формирования объектного пучка выполнена с поляризатором, размещенным на выходе системы и установленным с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора, светоделитель установлен с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости его грани и перпендикулярной оси излучения, а блок регистрации оптически связан с кристаллом через светоделитель. Такое взаимное расположение элементов устройства - установка систем формирования опорного и объектного пучков на одной оси - обеспечивает максимальную вибростатичность устройства. Кроме того, такое выполнение устройства обеспечивает большое отношение сигнал/шум, что обеспечивает максимальную эффективность при работе со слабоотражающими объектами. The device can be made so that the object beam formation system is made with a polarizer located at the output of the system and mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, the beam splitter is mounted to rotate around an axis lying in the plane of its face and perpendicular to the radiation axis and the registration unit is optically coupled to the crystal through a beam splitter. Such a mutual arrangement of the elements of the device — the installation of systems for the formation of the reference and object beams on the same axis — ensures maximum vibrational stability of the device. In addition, this embodiment of the device provides a large signal to noise ratio, which ensures maximum efficiency when working with low-reflecting objects.

Устройство может быть выполнено так, что кристалл установлен с возможностью изменения его ориентации в пространстве. Это обеспечивает возможность регулирования в устройстве времени хранения голограммы и ее дифракционной эффективности. The device can be made so that the crystal is installed with the possibility of changing its orientation in space. This makes it possible to control the storage time of the hologram and its diffraction efficiency.

Устройство может быть выполнено так, что блок регистрации интерференционной картины выполнен в виде последовательно размещенных по ходу излучения поляризатора, установленного с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора, и фоточувствительного элемента. Такое выполнение устройства обеспечивает высокое отношение сигнал/шум и возможность регистрации голографического изображения в реальном масштабе времени. The device can be made so that the registration unit of the interference pattern is made in the form of sequentially placed along the radiation of the polarizer installed with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, and a photosensitive element. This embodiment of the device provides a high signal to noise ratio and the ability to register a holographic image in real time.

Устройство может быть выполнено так, что система формирования объектного пучка выполнена с прерывателем. Наличие прерывателя повышает качество регистрируемой голограммы за счет устранения недифрагированной компоненты излучения. The device can be made so that the system for forming the object beam is made with a chopper. The presence of a chopper improves the quality of the recorded hologram by eliminating the undiffracted radiation component.

Устройство может быть выполнено так, что четвертьволновая пластинка размещена между светоделителем и фоторефрактивным кристаллом, а система формирования объектного пучка выполнена со светоделителем. В этом случае устройство характеризуется высоким отношением сигнал/шум. The device can be made so that a quarter-wave plate is placed between the beam splitter and the photorefractive crystal, and the object beam formation system is made with a beam splitter. In this case, the device is characterized by a high signal to noise ratio.

На фиг.1 изображена схема взаимного расположения фоторефрактивного кристалла и падающих на него опорного и объектного пучков; на фиг.2 - схема взаимного расположения опорного, объектного и дифрагированного пучков, соответствующая выполнению способа по п.5; на фиг.3 - схема голографического адаптивного интерферометра; на фиг.4 - схема интерферометра в частном случае выполнения оптических систем формирования опорного и объектного пучков; на фиг.5-10 - схемы интерферометра в частных случаях его выполнения, соответственно по пп.9, 10, 11, 12, 14 и 16 формулы. Figure 1 shows a diagram of the relative position of the photorefractive crystal and the reference and object beams incident on it; figure 2 is a diagram of the relative position of the reference, object and diffracted beams corresponding to the implementation of the method according to claim 5; figure 3 is a diagram of a holographic adaptive interferometer; figure 4 - diagram of the interferometer in the particular case of the implementation of optical systems for the formation of the reference and object beams; figure 5-10 - scheme of the interferometer in particular cases of its implementation, respectively, according to claims 9, 10, 11, 12, 14 and 16 of the formula.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

На фоторефрактивный кристалл 1 со стороны его рабочих (предназначенных для экспонирования) граней навстречу друг другу направляют объектный 2 и опорный 3 пучки. Пучки формируют из когерентного излучения, прием для формирования одного из пучков используют излучение с эллиптической поляризацией. В объеме кристалла пучки интерферируют и интерференционная картина записывается в виде вариаций показателя преломления кристалла 1. Благодаря тому, что один из пучков является эллиптически поляризованным и период формируемой пространственной структуры минимален при встречном падении пучков, создается из-за разделения зарядов электрическое поле большей по отношению к прототипу величины. Наличие такого поля обеспечивает увеличение диапазона хранения голограммы, т.е. вариации коэффициента преломления, и повышение дифракционной эффективности голограммы. В результате формирования вариации показателя преломления происходит самодифракция опорного пучка 3. Дифрагированный пучок 4 выделяется с помощью поляризатора и представляет собой голографическое изображение объекта. При суперпозиции голографического изображения с излучением, отраженным от объекта, после воздействия на него возникает интерференционная картина, по которой определяют перемещения. On the photorefractive crystal 1 from the side of its working (intended for exhibiting) faces, object 2 and reference 3 beams are directed towards each other. The beams are formed from coherent radiation, a method for the formation of one of the beams using radiation with elliptical polarization. In the bulk of the crystal, the beams interfere and the interference pattern is recorded in the form of variations in the refractive index of crystal 1. Due to the fact that one of the beams is elliptically polarized and the period of the formed spatial structure is minimal when the beams collide, an electric field is created that is larger with respect to the charges prototype value. The presence of such a field provides an increase in the storage range of the hologram, i.e. variations in the refractive index, and increasing the diffraction efficiency of the hologram. As a result of the formation of a variation in the refractive index, the self-diffraction of the reference beam 3 occurs. The diffracted beam 4 is extracted using a polarizer and is a holographic image of the object. When a holographic image is superposed with radiation reflected from the object, after exposure to it, an interference pattern arises from which displacements are determined.

В случае, когда угол охлаждения опорного и объектного пучков близок к 180^о, формируемая в кристалле структура имеет минимальный пространственный период, что ведет к росту электрического поля и тем самым в наибольшей степени обеспечивает достижение поставленного технического эффекта.In the case when the angle of cooling of the reference and object beams is close to 180 ^° , the structure formed in the crystal has a minimum spatial period, which leads to an increase in the electric field and thereby ensures the achievement of the set technical effect to the greatest extent.

В случае, когда излучение с эллиптической поляризацией используют для формирования объектного пучка, для формирования опорного пучка используют излучение с линейной поляризацией, а дифрагированный пучок регистрируют со стороны падения объектного пучка на фоторефрактивный кристалл, регистрация голографического изображения может осуществляться без перекрытия объектного пучка. In the case when elliptical polarized radiation is used to form the object beam, linearly polarized radiation is used to form the reference beam, and the diffracted beam is recorded from the side of incidence of the object beam onto the photorefractive crystal, the holographic image can be recorded without overlapping the object beam.

Для реализации способа используется адаптивный голографический интерферометр. Интерферометр (фиг. 3) содержит источник 5 эллиптически поляризованного излучения, расположенный по ходу излучения светоделитель 6, оптическую систему 7 формирования опорного пучка и оптическую систему 8 формирования объектного пучка, включающую держатель 9 объекта, размещенные по разные стороны относительно плоскостей рабочих граней фоторефрактивного кристалла 1 и ориентированные так, что оси выходящих из систем пучков составляют относительно нормалей к плоскости рабочих граней кристалла 1 углы в интервале 0...90^о.To implement the method, an adaptive holographic interferometer is used. The interferometer (Fig. 3) contains a source 5 of elliptically polarized radiation, a beam splitter 6 located along the radiation, an optical system for forming a reference beam and an optical system for forming an object beam, including an object holder 9, placed on different sides relative to the planes of the working faces of the photorefractive crystal 1 and oriented so that the axes of the beams emerging from the systems comprise a relatively normal to the plane of the working faces of the crystal 1 angles in the range 0 ... ^90.

Оптические системы формирования опорного и объектного пучков выполнены в виде совокупности линз и объективов, предназначенных для создания пучков требуемой апертуры, и зеркал, предназначенных для изменения направления пучков с целью освещения ими объекта и фоторефрактивного кристалла. В частности (фиг.4), оптическая система формирования опорного пуча 3 включает последовательно расположенные по ходу одного из разделенных светоделителем 6 пучков расширитель 11 пучка (микрообъектив), фокусирующую линзу 12, которая в зависимости от положения относительно расширителя 11 может формировать расходящийся, сходящийся или коллимированный (как показано на фиг.4) опорный пучок, и зеркало 13, а оптическая система формирования объектного пучка - последовательно размещенные по ходу другого из разделенных пучков - зеркало 14, расширитель 15 пучка (микрообъектив) и фокусирующую линзу 16. The optical systems for the formation of the reference and object beams are made in the form of a set of lenses and lenses designed to create the beams of the required aperture, and mirrors designed to change the direction of the beams in order to illuminate the object and the photorefractive crystal. In particular (Fig. 4), the optical system for forming the reference beam 3 includes a beam expander 11 (micro lens) sequentially located along one of the beam splitter 6 and a focusing lens 12, which, depending on the position relative to the expander 11, can form diverging, converging, or a collimated (as shown in Fig. 4) reference beam and a mirror 13, and the optical system for generating the object beam is sequentially placed along the other of the separated beams - mirror 14, expander 15 p ovary (microscope objective) and focusing lens 16.

В частных случаях адаптивный голографический интерферометр может быть выполнен следующим образом. In special cases, an adaptive holographic interferometer can be performed as follows.

Система 7 формирования опорного пучка может быть выполнена с полупрозрачным зеркалом 17, размещенным на выходе системы 7 и установленным с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала 17 и перпендикулярного плоского расположения осей сформированных пучков 2 и 3, а блок 10 регистрации интерференционной картины оптически связан с кристаллом 1 через полупрозрачное зеркало 17 (фиг.5). The reference beam formation system 7 can be made with a translucent mirror 17 located at the output of the system 7 and mounted to rotate around an axis lying in the plane of the mirror 17 and perpendicular to the plane axes of the formed beams 2 and 3, and the interference pattern registration unit 10 is optically coupled with crystal 1 through a translucent mirror 17 (figure 5).

Система 7 формирования опорного пучка выполнена с отражающим зеркалом 13, размещенным на выходе системы и установленным с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала 13 и перпендикулярной плоскости расположения осей сформированных пучков 2 и 3. Блок 10 регистрации выполнен в виде полупрозрачного зеркала 18, размещенного по ходу излучения между отражающим зеркалом 13 и кристаллом 1 и установленного с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости полупрозрачного зеркала 18 и перпендикулярной плоскости расположения осей сформированных пучков 2 и 3, и фоточувствительного элемента 19, оптически связанного с кристаллом 1 через полупрозрачное зеркало 18, а система 8 формирования объектного пучка выполнена с поляризатором 20, размещенным на выходе системы 8 и установленным с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора 20 (фиг.6). The reference beam formation system 7 is made with a reflecting mirror 13 placed at the system output and mounted to rotate around an axis lying in the plane of the mirror 13 and perpendicular to the axis of the arrangement of the axes of the formed beams 2 and 3. The registration unit 10 is made in the form of a translucent mirror 18, placed along the radiation between the reflecting mirror 13 and the crystal 1 and mounted rotatably around an axis lying in the plane of the translucent mirror 18 and perpendicular to the axis th formed beams 2 and 3, and a photosensitive element 19, optically coupled to the crystal 1 through a translucent mirror 18, and the object beam formation system 8 is made with a polarizer 20 located at the output of the system 8 and mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission polarizer 20 (Fig.6).

Система 8 формирования объектного пучка выполнена с поляризатором 20, система 7 формирования опорного пучка выполнена с полупрозрачным зеркалом 17, размещенным на выходе системы 7 и установленным с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала 17 и перпендикулярно плоскости расположения осей сформированных пучков 2 и 3. Блок 10 регистрации интерференционной картины выполнен в виде последовательно размещенных поляризатора 21, установленного с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора и фоточувствительного элемента 19 и оптически связан с кристаллом 1 через полупрозрачное зеркало 17 (фиг.7). The system 8 of forming the object beam is made with a polarizer 20, the system 7 of forming the reference beam is made with a translucent mirror 17 located at the output of the system 7 and installed with the possibility of rotation around an axis lying in the plane of the mirror 17 and perpendicular to the plane of the axes of the formed beams 2 and 3. Block 10 registration of the interference pattern is made in the form of sequentially placed polarizer 21, mounted with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the axis of greatest transmission floor polarizers and the photosensitive member 19 and is optically coupled with the crystal 1 through the half mirror 17 (Figure 7).

Система 8 формирования объектного пучка выполнена с поляризатором 20, размещенным на выходе системы 8 и установленным с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора, светоделитель 6 установлен с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в плоскости его светоделительной грани и перпендикулярной оси излучения, а блок 10 регистрации оптически связан с кристаллом 1 через светоделитель 6 (фиг. 8). The system 8 of forming the object beam is made with a polarizer 20 located at the output of the system 8 and installed with the possibility of rotation around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, the beam splitter 6 is installed with the possibility of rotation around an axis lying in the plane of its beam splitting face and perpendicular to the radiation axis, and the registration unit 10 is optically coupled to the crystal 1 through a beam splitter 6 (Fig. 8).

Блок 10 регистрации в интерферометре, представленном на фиг.8, может быть выполнен в виде последовательно размещенных по ходу излучения поляризатора 21, установленного с возможностью поворота вокруг оси, перпендикулярной оси наибольшего пропускания поляризатора, и фоточувствительного элемента 19 (фиг.9). The registration unit 10 in the interferometer shown in Fig. 8 can be made in the form of sequentially placed along the radiation of the polarizer 21, mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, and a photosensitive element 19 (Fig. 9).

Источник 5 эллиптического поляризованного излучения может быть выполнен в виде последовательно размещенных источника 22 линейно поляризованного излучения и четвертьволновой пластинки 23, размещенной между светоделителем 6 и фоточувствительным кристаллом 1, а система 8 формирования объектного пучка - с прерывателем 24 (фиг.10). The source 5 of elliptical polarized radiation can be made in the form of sequentially placed source 22 of linearly polarized radiation and a quarter-wave plate 23 located between the beam splitter 6 and the photosensitive crystal 1, and the system 8 for generating the object beam with a chopper 24 (Fig. 10).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Излучение от источника 5 эллиптически поляризованного излучения разделяется светоделителем 6 на два потока, один из которых попадает в оптическую систему 7 формирования опорного пучка, а другой - в оптическую систему 8 формирования объектного пучка. Сформированный системой 7 опорный пучок направляется на рабочую грань фоторефрактивного кристалла 1. В оптической системе 8 формируется пучок для освещения объекта, установленного в держателе 9, и после отражения от объекта направляется на рабочую грань фоторефрактивного кристалла 1 со стороны, противоположной направлению падения опорного пучка. В результате интерференции опорного и объектного пучка в объеме кристалла 1 формируется вариация показателя преломления, т.е. фазовая голограмма. На этой голограмме происходит самодифракция опорного пучка 3. Дифрагированный пучок, представляющий собой восстановленное голографическое изображение, регистрируется блоком 10 регистрации интерференционной картины, возникающей при интерференции пучков, отраженных от объекта и восстановленных с голограммы. The radiation from the source 5 of elliptically polarized radiation is divided by the beam splitter 6 into two streams, one of which enters the optical system 7 for forming the reference beam, and the other in the optical system 8 for forming the object beam. The reference beam formed by the system 7 is directed to the working face of the photorefractive crystal 1. In the optical system 8, a beam is formed to illuminate the object mounted in the holder 9, and after reflection from the object is directed to the working face of the photorefractive crystal 1 from the side opposite to the direction of incidence of the reference beam. As a result of interference of the reference and object beams in the volume of crystal 1, a variation in the refractive index is formed, i.e. phase hologram. Self-diffraction of the reference beam 3 occurs on this hologram. A diffracted beam, which is a reconstructed holographic image, is registered by the unit 10 for recording the interference pattern that arises from interference of beams reflected from the object and reconstructed from the hologram.

Зарегистрированную интерферограмму расшифровывают по известным методикам и в результате определяют перемещения объекта. The recorded interferogram is decoded by known methods and as a result, the movements of the object are determined.

Регулирование времени хранения голограммы и, следовательно, выбор режима работы интерферометра (работа в реальном масштабе времени или же в режиме двух экспозиций) обеспечивается углом схождения объектного 2 и опорного 3 пучков на кристалл 1. Максимальное время хранения достигается при угле 180^о и с уменьшением угла схождения пучков время хранения голограммы уменьшается. В конструкции интерферометра изменение этого угла обеспечивается установкой зеркала (глухого 13 или полупрозрачного 17) на выходе системы 7 формирования опорного пучка с возможностью поворота.Regulation of storage time of the hologram and therefore the selection of the operating mode interferometer (work in real-time mode or in the two exposures) provided convergence angle of the object 2 and 3 the reference beams on the crystal 1. The maximum storage time is achieved at an angle of ^about 180 and with decreasing angle convergence of beams hologram storage time is reduced. In the design of the interferometer, a change in this angle is provided by the installation of a mirror (blind 13 or translucent 17) at the output of the reference beam forming system 7 with the possibility of rotation.

Выделение дифрагированного пучка осуществляется по поляризационным характеристикам либо поляризатором 21, либо полупрозрачным зеркалом 18, установленным под углом Брюстера. The diffracted beam is extracted according to the polarization characteristics either by a polarizer 21 or a translucent mirror 18, mounted at a Brewster angle.

Таким образом, предложенный способ определения перемещений и адаптивный голографический интерферометр для его реализации обеспечивает значительный временной диапазон хранения и высокую дифракционную эффективность получаемых голограмм. Thus, the proposed method for determining displacements and an adaptive holographic interferometer for its implementation provides a significant storage time range and high diffraction efficiency of the obtained holograms.

Claims

1. The method of determining displacements, which consists in the fact that they form reference and objective beams from coherent radiation, direct them to the working faces of the photorefractive crystal intended for exposure towards each other relative to the plane of the working faces, and register a diffracted beam, which measures the displacement, characterized in that that for the formation of at least one of the beams using radiation with elliptical polarization.

2. The method according to claim 1, characterized in that the angle of convergence of the beams is chosen equal to 180 ^o .

3. The method according to claim 1, characterized in that for the formation of a beam with elliptical polarization using radiation with a ratio of the semiaxes a and b of the polarization ellipse equal to a / b << 1.

4. The method according to claim 1, characterized in that for the formation of a beam with elliptical polarization using radiation with a ratio of the semiaxes a and b of the polarization ellipse equal to a / b = 1.

5. The method according to claim 1, characterized in that the radiation with elliptical polarization is used to form the object beam, linearly polarized radiation is used to form the reference beam, and the diffracted beam is recorded from the incident side of the object beam onto the photorefractive crystal.

6. An adaptive holographic interferometer containing a coherent radiation source, a beam splitter located along the radiation, an optical system for generating a reference beam, an optical system for generating an object beam, including an object holder, a photorefractive crystal with working faces designed to expose the crystal, installed at the intersection of the reference and object beams, and an interference pattern registration unit, characterized in that the radiation source is made in the form of a source elliptically polarized light, the optical system for generating a reference and object beams are arranged on opposite sides with respect to the working plane faces of the crystal and oriented so that the axis of the exiting beams systems are a relatively normal to the working plane faces of the crystal angles in the range from 0 to 90 ^o.

7. The interferometer according to claim 6, characterized in that the source of elliptically polarized radiation is made in the form of a sequentially located source of linearly polarized radiation and a quarter-wave plate mounted to rotate relative to the axis of the source of linearly polarized radiation.

8. The interferometer according to claim 6, characterized in that the photorefractive crystal is made in the form of a symmetry crystal, and the planes of its working faces make an angle of 90 ^° with the axis of the crystal.

9. The interferometer according to claim 6, characterized in that the reference beam formation system is provided with a translucent mirror placed at the output of the system and mounted to rotate around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the plane of the axes of the formed beams, and an interference pattern registration unit optically connected to the crystal through a translucent mirror.

10. The interferometer according to claim 6, characterized in that the objective beam formation system is equipped with a polarizer located at the output of the system and mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, the reference beam formation system is equipped with a reflecting mirror placed at the output of the system and installed with the possibility of rotation around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the plane of the axes of the formed beams, and the registration unit is made in the form luprozrachnogo mirror disposed along the light between the reflection mirror and the crystal and mounted rotatably about an axis lying in the plane of the semitransparent mirror, and perpendicular to the axes of the plane of the formed beams, and the photosensitive member, optically connected to the crystal through the semitransparent mirror.

11. The interferometer according to claim 6, characterized in that the object beam formation system is equipped with a polarizer, the reference beam formation system is equipped with a translucent mirror placed at the output of the system and mounted to rotate around an axis lying in the plane of the mirror and perpendicular to the plane of arrangement of the axes formed beams, and the registration unit of the interference pattern is made in the form of sequentially placed polarizer installed with the possibility of rotation around an axis perpendicular to most pass a polarizer, and a photosensitive element and is optically coupled to the crystal through a semitransparent mirror.

12. The interferometer according to claim 6, characterized in that the object beam formation system is equipped with a polarizer located at the output of the system and mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, the beam splitter is mounted to rotate around an axis lying in its plane face and perpendicular to the radiation axis, and the registration unit is optically coupled to the crystal through a beam splitter.

13. The interferometer according to claim 6, characterized in that the crystal is mounted with the possibility of changing its orientation in space.

14. The interferometer according to claim 12, characterized in that the interference pattern registration unit is made in the form of a polarizer arranged sequentially along the radiation, mounted to rotate around an axis perpendicular to the axis of maximum transmission of the polarizer, and a photosensitive element.

15. The interferometer according to claim 6, characterized in that the system for forming the object beam is equipped with a chopper.

16. The interferometer according to claims 7, 12 or 14, characterized in that the quarter-wave plate is placed between the beam splitter and the photorefractive crystal, and the object beam formation system is equipped with a chopper.