SU1140533A1

SU1140533A1 - Device for record and reproduction of interferograms of phase object

Info

Publication number: SU1140533A1
Application number: SU833619594A
Authority: SU
Inventors: Н.В. Ананьева; В.Н. Кононов; Е.А. Кузнецова; С.Д. Мировицкая
Original assignee: Предприятие П/Я В-8584
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1983-07-11
Publication date: 1985-06-15

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ ФАЗОВЫХ ОБЪЕКТОВ, содержащее источник когерентного излучени , оптически св занные с источником через светоделитель системы формировани сигнальных и опорного потоков излучени , включающие отражающие элементы и расширители светового потока , причем точка пересечени оптических осей систем формировани сигналимых потоков совпадает с областью размещени регистрируемого объекта, и регистратор, выполненный в виде подложки с . нанесенным на нее светочувствительным слоем, при этом оси систем формировани сигнальных и опорных потоков излучёйи совмещены на регистраторе, о т л ичающеес тем, что, с целью расширени класса исследуемых объектов при повьшении точности регистрации , в него введены экраны, которые расположены между расширите7 siRem светового потока в системах формировани сигнального потока и регистратором с возможностью перемещени и зеркала, которые размещены относительно расширителей светового потока,так что каждому расширителю соотнесено зеркало,угол между нормалью которого к плоскости регистратора и оптической осью расширител равен углу между нормалью к плоскости регистратора и направлением на центр зеркала, а в регистра- . торе между подложкой и светочувствительным слоем выполнено отражающее покрытие. СП 00 00DEVICE FOR REGISTRATION AND RECOVERY interferogram phase object, comprising: a source of coherent radiation optically associated with the source through the beam splitter system generating the signal and the reference radiation streams comprising retroreflective elements and expanders light flux, and the point of intersection of the optical axes forming systems signalimyh flow coincides with the accommodation area the registered object, and the recorder, made in the form of a substrate with. the photosensitive layer deposited on it, while the axes of the systems for forming the signal and reference radiation fluxes are combined on the recorder, so that, in order to expand the class of objects under study while increasing the registration accuracy, the screens that are located between the expanded 7 siRem light are introduced into it flow in the systems of formation of the signal flow and the recorder with the possibility of moving and mirrors, which are placed relative to the extenders of the luminous flux, so that each expander is associated the mirror, the angle between which the normal to the plane of the recorder and the optical axis of the expander is equal to the angle between the normal to the plane of the recorder and the direction to the center of the mirror, and in the register-. A reflective coating is made between the substrate and the photosensitive layer. SP 00 00

Description

Изобретение относитс к гологра фической интерферометрии и может найти применение при использовании различных состо ний фазовых микрообъектов . Известно устройство дл регистр ции голографических интерферограмм фазовых микрообъектов - голографический треХракурсньй микроскоп,содержащее источник когерентного излучени , систему формировани пред метных и опорных потоков излуче-. ни , систему проецирующих элементов и регистрирующие элементы m . Недостатком данного устройства вл етс необходимость размещени проецирующих элементов (микрообъективов ) на рабочих рассто ни х ( мм) от объекта, т,е, невозможность регистрации микрообъектов размещенных в камерах, полост х и т .п. Наиболее близким по технической сущности к предложенному вл етс устройство дл регистрации и восста новлени интерферограмм фазовых объ ектов, содержащее источник когерентного излучени , оптически св занные с источником через светодели тель системы формировани сигнальны и опорного потоков излучени , включающие отражающие элементы и расширители светового потока, причем точка пересечени оптических осей систем формировани сигнальных потоков совпадает с областью размещени регистрируемого объекта, и регистратор , .выполненный в виде подложки- с нанесенным на нее светочувствительным слоем, при этом оси сис тем формировани сигнальных и опорных потоков излучени совмещены на регистраторе. Описанное устройство не позвол ет регистрировать многоракурсные интер ферограммы фазовых микрообъектов 2j . Целью изобретени вл етс расщирение класса исследуемых объектов при повышении точности регистрации Дл достижени поставленной цели в устройство дл регист-рации и восстановлени интерферограмм фазовых объектов, содержащее источник когерентного .излу1ени , оптически св занные с источником через светоделитель системы формировани сигнальных и опорного потоков излучени , включающие отражающие элементы 332 и расширители светового потока,причем точка пересечени оптических осей систем формировани сигнальных потоков совпадает с областью размещени регистрируемого объекта, и регистратор, выполненньй в виде подложки с нанесенным на нее светочувствительным слоем, при этом оси систем формировани сигнального и опорного потоков излучени совмещены на регистраторе, введены экраны , расположенные между расишрител ми светового потока и регистратором с возможностью перемещени , и зеркала , которые размещены относительно расширителей светового потока таким образом, что каждому расширителю системы соотнесено зеркало, угол между нормалью которого к плоскости регистратора и оптической осью расширител равен углу между нормалью к плоскости регистратора и направлением на центр зеркала, в регистраторе между подложкой и светочувствительным слоем выполнено отражающее покрытие. На чертеже приведена оптическа схема устройства дл регистрации фазовых микрообъектов , (дл упрощени понимани на схеме изображены элементы , обеспечивающие лишь четыре направлени просвечивани объектов). Устройство содержит источник когерентного излучени 1, светоделитель 2, систему .формировани сигнальных потоков излучени , выполненную в виде наборов отражающих элементов 3-4, 5-6, 7-8, 9-10 и расширителей светового потока 11-14,сйстему формировани опорного потока, выполненную в виде отражающего элемента 15 и расширител светового потока 16, систему плоских зеркал 17-20 с коэффИ1щентами отражени , близкими к 100%, систему экранов 2124 и регистратор 25. Причем отражающие элементы 3, 5, 7, 9 системы формировани сигнальных потоков излучени расположены таким образом, что отраженные от них нерасширенные потоки когерентного излучени пересекаютс в точке, совпадающей с областью размещени исследуемого объекта, расширители 11-14 и 16 систем формировани сигнальных и опорного потоков излучени размещены позади отражателей 4,6,8,10, 15 соответственно таким образом,чтоThe invention relates to holographic interferometry and can be applied when using various states of phase microobjects. A device for recording holographic interferograms of phase microscopic objects is known - a holographic trajectory microscope containing a source of coherent radiation, a system for generating object and reference radiation fluxes. nor, the system of projecting elements and recording elements m. The disadvantage of this device is the need to place projecting elements (micro-lenses) at working distances (mm) from the object, i.e., e, the impossibility of registering micro-objects located in chambers, cavities, and so on. The closest in technical essence to the proposed invention is a device for recording and reconstructing interferograms of phase objects, containing a source of coherent radiation optically connected to the source through a beam splitter of a system for generating signal and reference radiation fluxes, including reflective elements and light beam expanders, the intersection point of the optical axes of the signal flow shaping systems coincides with the region where the registered object is located, and the recorder is made as podlozhki- coated with a photosensitive layer, wherein the axis of the ICI signal and generating a reference radiation fluxes are combined at a registrar. The described device does not allow to record the multi-angle interograms of the phase microobjects 2j. The aim of the invention is to expand the class of objects under study while improving the registration accuracy. To achieve this goal, a device for recording and reconstructing interferograms of phase objects containing a source of coherent radiation optically coupled to the source through a beam splitter of the system for generating signal and reference radiation fluxes, including reflective elements 332 and light beam expander, the intersection point of the optical axes of the signal flow forming systems coinciding with the location of the registered object, and the recorder, made in the form of a substrate with a photosensitive layer deposited on it, while the axes of the systems for forming the signal and reference radiation fluxes are aligned on the recorder, screens are inserted between the light beam spreadsheets and the recorder are movable, and the mirror which are placed relative to the luminous flux dilators in such a way that each dilator of the system is associated with a mirror, the angle between which is normal to the plane of the regis The trapor and the optical axis of the expander are equal to the angle between the normal to the plane of the recorder and the direction to the center of the mirror; a reflective coating is made in the recorder between the substrate and the photosensitive layer. The drawing shows the optical layout of the device for recording phase micro-objects, (for ease of understanding, the diagram shows elements that provide only four directions for object translucency). The device contains a source of coherent radiation 1, a beam splitter 2, a system for generating signal radiation streams, made in the form of sets of reflecting elements 3-4, 5-6, 7-8, 9-10 and light beam expanders 11-14, a system for forming a reference stream , made in the form of a reflecting element 15 and an expander of the luminous flux 16, a system of flat mirrors 17-20 with reflection coefficients close to 100%, a system of screens 2124 and a recorder 25. Moreover, the reflecting elements 3, 5, 7, 9 of the system for generating signal radiation fluxes located t Thus, the non-expanded coherent radiation streams reflected from them intersect at a point coinciding with the location of the object under study, the expanders 11-14 and 16 of the systems for forming the signal and reference radiation fluxes are placed behind the reflectors 4,6,8,10, 15 respectively in this way ,what

I I

их оптические оси пересекаютс в одной точке в плоскости регистратора 25, система плоских зеркал 17-20 и система экранов 21-24 размещены между расширител ми светового потока 11-14 и регистратором 25, при этом каждьй из экранов 21-24 может перемещатьс по окружнйстй с центром в точке пересечени оптических осей расширителей светового потока 11-14. Система плоских зеркал 17-20 размещена относительно системы расширителей светового потока 11-14 таким образом, что каждому расширителю системы 11-14 соотнесено зеркало системы 17-20, при этом углы между нормалью к плоскости регистратора 25 и оптическими ос ми каждого из расширителей 11-14 равны углам между нормалью к плоскости регистратора и направлени ми на центр каждого из соответствующих зеркал системы 17-20. Регистратор снабжен со стороны, противоположной направлению падени на него сигнальных и опорного потоков, отражательным покрытием с коэффициентом отражени , близким к 100%.their optical axes intersect at one point in the plane of the recorder 25, the system of flat mirrors 17-20 and the system of screens 21-24 are placed between the expanders of the luminous flux 11-14 and the recorder 25, with each of the screens 21-24 moving along the circumference with the center at the point of intersection of the optical axes of the light beam expanders 11-14. The system of flat mirrors 17-20 is placed relative to the system of the beam extenders 11-14 in such a way that each extender of the system 11-14 is associated with a mirror of the system 17-20, while the angles between the normal to the plane of the recorder 25 and the optical axes of each of the expanders 11- 14 are equal to the angles between the normal to the plane of the recorder and the directions to the center of each of the corresponding mirrors of the system 17-20. The recorder is provided on the side opposite to the direction of the signal and reference fluxes on it, with a reflective coating with a reflection coefficient close to 100%.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Поток когерентного излучени лазера 1 дел т светоделителем 2 на сигнальные и опорный потоки, которые направл ют соответственно на отражающие элементы 3, 5, 7, 9 и 15, обеспечивающие заданные направлени распространени этих потоков при этом нерасширенные сигнальные потоки пересекают под заданными углами область размещени фазового микрообъекта, после чего их направл ют отражательными элементами 4, 6, 8, 10 в расширителе светового потока 11-14, а затем совмещают на регистраторе 25. Нерасширенньш опорный поток с помощью отражательного элемента 15 направл ют в расширитель светового потока 16, и затем совмещают с сигнальными потоками на регистраторе 25. На регистраторе 25 записывают .голограммы фазового микрообъекта, соответствующие заданным направлени м et-o просвечивани . На стадии восстановлени голограмм каждьиЧ из экранов 2 Т-24 располагают между регистратором 25 и соответствующим расширителем систе0533 . The coherent radiation flux of laser 1 is divided by beamsplitter 2 into signal and reference streams, which direct respectively to reflecting elements 3, 5, 7, 9, and 15, which provide predetermined directions of propagation of these streams, while not extending signal streams intersect the phase the micro-object, after which they are guided by the reflective elements 4, 6, 8, 10 in the light beam expander 11-14, and then they are aligned on the recorder 25. The non-expanded reference flux by means of the reflective element 15 sent to the expander of the luminous flux 16, and then combined with the signal streams on the recorder 25. On the recorder 25, recorded the holograms of the phase microobject corresponding to the specified directions of the et-o transmission. At the hologram recovery stage, each of the T-24 2 screens is positioned between the recorder 25 and the corresponding system 0533 extender.

мы 11-14 перпендикул рно его оптической оси. Освещают регистратор 25 потоком, сформированным расширителем 16, т.е. идентичным опорному 5 потоку при записи, и восстанавливают голограммы, соответствующие каждому из направлений просвечивани фазового микрообъекта, т.е. каждому из сигнальных потоков, сформированныхwe are 11-14 perpendicular to its optical axis. The recorder 25 is illuminated with a stream formed by the expander 16, i.e. identical to the reference 5 stream during recording, and restore the holograms corresponding to each of the directions of the translucent phase microobject, i.e. each of the signal streams generated

О расширител ми 11-14. При этом дл каждого из направлений, задаваемых расширител ми 11-14, восстанавливаютс два изображени : мнимое - с помощью волнового фронта, сформиро5 ванного расширителем 16, и действительное - с помощью непродифрагировавшей на голограмме части этого волнового фронта, отраженной от нанесенного на регистратор отражательного сло .About expanders 11-14. At the same time, for each of the directions specified by expanders 11-14, two images are restored: imaginary - using a wave front formed by the extender 16, and real - using a part of this wave front that is not reflected on the hologram reflected from the reflector layer .

20 При этом восстановленный поток, формирующий мнимое изображение, отражаетс от отражательного сло регистратора 25 и направл етс на расположенное перпендикул рно к направлениюего распространени соответствующее20 In this case, the reconstructed flux forming the imaginary image is reflected from the reflective layer of the recorder 25 and is directed to the corresponding direction located perpendicular to the direction of propagation.

зеркало системы зеркал 17-20.После этого отраженный от зеркала и вновь отраженный от отражательного сло регистратора поток попадает на соответствующий экран системы 21-24. Восстановленньй сопр женный поток,mirror of the system of mirrors 17-20. After that, the stream reflected from the mirror and again reflected from the reflective layer of the recorder falls on the corresponding screen of the system 21-24. Reconstructed mating flow

формирующий действительное изображение , попадает на тот же экран системы 21-24. Таким образом, в направлении регистратор-экран распростран ютс два сопр женных, интерферирующих между собой волновьк фронта, и на экране наблюдают увеличенную интерференционную картину фазового микрообъекта с удвоенным по сравнению с обычной интерферограммой сдвигом полос. Допустимо многократное увеличение чувствительности измерений по описанному принципу при использовании на стадии восстановлени сопр женных волн высших пор дков дифракции. На системе экранов 21-24 . наблюдают увеличенные интерферограммы исследуемого микрообъекта сforming the actual image falls on the same screen of the system 21-24. Thus, in the direction of the recorder-screen, two conjugate ripples that interfere with each other spread along the front, and an increased interference pattern of the phase micro-object is observed on the screen with a doubled shift of the fringes compared to a conventional interferogram. It is permissible to multiply the sensitivity of measurements according to the described principle when used at the restoration stage of conjugate waves of higher diffraction orders. On screen system 21-24. observe the increased interferograms of the microobject under study with

повьш1енной чувствительностью, соответствующие различным направлени м его просвечивани .increased sensitivity corresponding to different directions of its transmission.

Известными устройствами не представл етс возможным регистрироватьNo known devices can register

многоракурсные увеличенные интерферограммы фазовых микрообъектов, в том числе размещенных в камерах, смотровых кюветах, и т.п., так как в та5 . кнх устройствах дл получени увел ченных изображений необходимо размещать проецирующие элементы на близких (фокусных) рассто ни х от исследуемого микрообъекта, и кроме того, в них не предусмотрена возмо ность повьшени чувствительности получаемых интерферограмм. Решить эту техническую задачу позвол ет за вленное устройство за счет введени системы расширителей светово го потока, каждый из которых рас .положен в соответствующей ему сист ме формировани сигнального потока и в системе формировани опорного потока за областью размещени регистрируемого микрообъекта, что обеспечивает регистрацию голограмм увеличенных изображений волновых фронтов, прошедших через микрообъект , а также за счет введени экранов и блока плоских зеркал, ра положенных между расширител ми светового потока и регистратором с нанесенным между подложкой и све чувствительным слоем отражательным слоем, обеспечивающих совмещение 3 восстановленных сопр женных волновых фронтов первого или высших пор дков дифракции и визуализацию интерференционных изображений с повьш1енной чувствительностью. Таким образом, при освещении фазовой неоднородности нерасширенным потоком когерентного излучени удаетс увеличить рассто ние от объекта до проецирующих элементов и тем самым расширить класс исследуемых объектов. Совмещение восстановленных сопр женных волновых фронтов приводит к повьш ению чувствительности, что повьш1ает точность регистрации и дополнительно расшир ет класс исследуемых объектов. Изобретение может найти применение при измерени х физических параметров прозрачных микрообъектов,в том числе расположенных внутри экспериментальных камер, смотровых кювет большого размера, таких как стекловолокна, биологические объекты , плазма, микровзрывы в жидкости или газе. . multi-angle enlarged interferograms of phase micro-objects, including those placed in chambers, viewing cells, etc., as in Ta5. For devices with magnified images, it is necessary to place the projecting elements at close (focal) distances from the micro-object under study, and in addition, they do not provide for an increase in the sensitivity of the obtained interferograms. This technical problem can be solved by introducing a device through the introduction of a luminous flux extender system, each of which is located in its corresponding system of signal flow generation and in the reference stream formation system behind the area of the registered micro-object, which provides for recording holograms of enlarged images wave fronts that have passed through the micro-object, as well as through the introduction of screens and a block of flat mirrors, located between the expanders of the luminous flux and the register rum applied between the substrate and the sensitive layer CBE reflective layer 3 provide alignment of the reconstructed wavefronts conjugated first or higher orders of diffraction and interference visualization images povsh1ennoy sensitivity. Thus, by illuminating the phase inhomogeneity with an unexpanded flux of coherent radiation, it is possible to increase the distance from the object to the projecting elements and thereby expand the class of objects under study. The combination of reconstructed conjugate wave fronts leads to an increase in sensitivity, which increases the registration accuracy and further extends the class of objects under study. The invention can find application in measuring the physical parameters of transparent micro-objects, including large-sized viewing cells located inside experimental chambers, such as glass fibers, biological objects, plasma, microexplosions in a liquid or gas. .

Claims

DEVICE FOR REGISTRATION AND RESTORATION OF INTERFEROGRAMS OF PHASE OBJECTS, containing a source of coherent radiation, optically coupled to a source through a beam splitter of the system for generating signal and reference radiation fluxes, including reflecting elements and extenders of the light flux, and the point of intersection of the optical axes of the systems for generating signal signal fluxes coincides with the region object, and a registrar made in the form of a substrate c. applied to it; A photosensitive layer, while the axes of the systems for generating the signal and reference radiation fluxes are aligned on the recorder, which means that, in order to expand the class of objects under study with increasing accuracy of registration, screens are inserted into it that are located between the extensions of the light flow in the systems for generating the signal flow and the recorder with the possibility of moving J and mirrors, which are placed relative to the expanders of the light flux, so that each expander is associated with a mirror, the angle between which, to the plane of the registrar and the optical axis of the expander, is equal to the angle between the normal to the plane of the registrar and the direction to the center of the mirror, and a reflective coating is made between the substrate and the photosensitive layer in the registrar.