Когерентные методы и системы оптической обработки голографических интерферограмм

• Автор: Майорова, Ольга Валериевна
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 157 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Голографическая интерферометрия: основные положения, возможности, проблемы

1.1. Методы голографической интерферометрии

1.2. Методы получения голографических топографических интерферограмм

1.3. Количественная интерпретация голографических интерферограмм

1.4. Методы компенсации и настройки интерференционных полос

1.5. Методы и системы считывания информации с интерференционной картины

1.5.1. Общие принципы построения систем расшифровки голографических интерферограмм

1.5.2. Метод гетеродинной голографической интерферометрии

1.5.3. Квазигетеродинная голографическая интерферометрия

1.5.4. Цифровая голография
1.6. Выводы
Глава 2. Разработка оптических систем обработки голографических интерферограмм, адаптированных к фазоизмерительным методам счета интерференционных полос
2.1. Восстановление интерференционного поля с двухэкспозиционной голограммы лазерным пучком ограниченной апертуры со стороны объекта
2.1.1. Принцип способа восстановления
2.1.2. Виды интерференционных картин для различной геометрии смещения соответственных элементов
2.1.3. Интерпретация интерференционной картины
2.2. Использование двухчастотного излучения для реализации принципов гетеродинной голографической интерферометрии с одним опорным пучком
2.2.1. Общие принципы фазовой модуляции интерференционного поля с использованием двухчастотного излучения
2.2.2. Вывод аналитического выражения для разности хода лучей, прошедших интерферометр сдвига
2.2.3. сигнал на выходе фотоприемника
2.2.4. Практическая реализация применения двухчастотного излучения
в гетеродинной голографической интерферометрии
2.3. Измерение и компенсация локальных наклонов диффузно отражающей поверхности
2.4. Выводы
Глава 3. Применение поперечно-сдвиговой интерферометрии
в голографической интерферометрии диффузных объектов
3.1. Требования к изменгению параметров полос голографического интерференционного поля в системах обработки интерферограмм

3.2. Сравнительная оценка различных способов настройки интерференционных полос
3.3. Исследование интерферометра поперечного сдвига в фазоизмерительных системах расшифровки голографических интерферограмм
3.3.1. Влияние перекрёстной интерференции на точность измерений
3.3.2. Уравнение интерференции для интерферометра сдвига
3.4. Пределы измерений величины смещения
3.5. Выводы
Глава 4. Экспериментальное исследование системы обработки голографических интерферограмм
4.1. Количественная интерпретация интерференционного поля, восстановленного лазерным пучком ограниченной апертуры со стороны объекта
4.2. Измерение смещений диффузно отражающих поверхностей вне плоскости
4.3. Проведение экспериментальных исследований системы обработки голографических интерферограмм
4.3.1. Экспериментальная установка
4.3.2. Исследование флуктуации фазы выходного сигнала. Апертура восстанавливающего пучка
4.3.3. Экспериментальное определение величины смещения
4.3.4. Погрешность измерений
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Развитие высокотехнологичных способов производства с необходимостью обусловливает совершенствование методов и средств научной базы экспериментальных исследований. Важное место в решении указанной задачи занимают методы оптического контроля. Эти методы отличает, прежде всего, отсутствие материальных контактов с предметом исследования, а, следовательно-возможность достижения наиболее достоверных результатов эксперимента.
В этой области наиболее универсальными методами исследований являются методы когерентной оптики, а именно, методы голографической интерферометрии. Эти методы позволяют решать такую задачу как исследование напряженно-деформированного состояния объектов с диффузной поверхностью. Голографическая интерферометрия является высокоинформативным и высокоточным инструментом получения данных. Уникальность методов голографической интерферометрии обусловлена ее возможностями. Эти методы позволяют проводить исследования
— статических и динамических процессов;
— не предъявляют требований к качеству поверхности контролируемых объектов;
— позволяют производить сравнение волновых полей, существовавших в различные моменты времени;
— позволяют получать информацию об исследуемом процессе как в количественном, так и качественном аспектах;
— позволяют воспроизводить трехмерную видеокопию изучаемого объекта.
При исследовании напряженно-деформированного состояния диффузно отражающих объектов используется два подхода. Первый подход заключается в получении голографических топограмм поверхности объекта. Целью второго подхода является получение голографических интерферограмм возмущенного объекта.

1.5.2. Метод гетеродинной голографической интерферометрии
Метод гетеродинной голографической интерферометрии обеспечивает наивысшую точность измерения фазовых характеристик интерференционной картины.
Принцип гетеродинной интерферометрии заключается в частотном смещении интерферирующих волн. Рассмотрим схему на рис. 1.9. Предположим, что лучи, распространяющиеся от точек А и А' имеют разные частоты. Амплитуды волн представим как
Т Т Л 7 Л2тсЛ
г; , 1 о-8)
и' _ у е>|2я(у+Ду11+ф+фд]
где У0 — действительная амплитуда; ф = 3-(к0 -кн) , Ау, фд — соответственно разность частот и фаз лучей в точках А и А
Интерференция и и И’ дает
1(1) = | И + И' |2 = 2У02 + 2У0 соб [АVI + фд + ф ], (1.9)
где 1(1) - результирующая интенсивность.
Из (1.9) следует, что фотоприемник, расположенный на пути распространения лучей а и а' будет регистрировать гармонически изменяющийся световой поток. Точность измерения фазы выходного сигнала фотоприемника на 1—2 порядка превышает точность измерений при простом счете интерференционных полос и может достигать тысячных долей полосы [21, 101, 104].
Как отмечено в [19], реализация принципа гетеродинирования возможно двумя способами. В первом случае голографические дифракционные решетки, зарегистрированные на голограмме при первой и второй экспозициях, освещаются светом с разными частотами. Рассмотренный способ в [104, 107—109] реализуется с использованием двух опорных пучков.