§ 3. Исследование поперечного смещения диффузного объекта, освещаемого двумя пучками. Случай, когда смещение меньше диаметра пятна спекл-структуры [142]

В данном случае диффузный объект А освещают двумя когерентными лазерными пучками, образующими один и тот же угол с нормалью к поверхности объекта А (рис. 98). Объектив О создает изображение объекта А в плоскости А. Спекл-структура, наблюдаемая в плоскости изображения, возникает в результате интерференции двух некоррелирую-щих между собой спекл-структур, создаваемых двумя пучками. Оба показанных на рис. 98 пучка лежат в плоскости чертежа, а диффузный объект А, который мы полагаем плоским, перпендикулярен плоскости чертежа и оптической оси объектива О. Смещение объекта А рассматривают в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива О. Предположим, что разность хода между двумя лучами, принадлежащими разным пучкам и приходящими в некоторую точку объектива, равна Если объект А смещается на величину в указанном выше направлении, то оптический путь увеличивается на для одного из двух лучей, приходящих в точку и уменьшается на ту же величину для другого. Разность хода между ними становится равной Если изменение разности хода становится равным целому числу длин волн к, то все происходит так, как если бы разность хода в точке между двумя лучами, принадлежащими двум пучкам, вновь приняла свое исходное значение. Спекл-структура в плоскости А снова становится идентичной спекл-структуре, наблюдаемой до смещения объекта А.

Наблюдать это явление можно следующим образом. На фотопластинке предварительно смещения объекта) регистрируют спекл-структуру. После проявления негатив помещают точно на прежнее место схемы, которая использовалась для регистрации, и наблюдают поверхность негатива. этом создаваемая объектом спекл-структура будет видна сквозь свое негативное изображение, зарегистрированное на фотопластинке. Негатив будет казаться равномерно плотным и слабо освещенным. Сместим теперь объект, как говорилось выше. При любом смещении спекл-структура в

плоскости А больше не коррелирует с исходной спекл-структурой: нет больше совпадения темных участков негатива с яркими областями исходной спекл-структуры, и негатив становится светлым благодаря увеличению количества проходящего света. Если объект деформируется локально, то наблюдаются светлые зоны, которые соответствуют зонам деформаций. Эти светлые зоны, называемые «полосами корреляции спекл-структур», имеют относительно слабый контраст.

Рис. 98. Определение смещения диффузного объекта А при симметричном освещении его двумя когерентными пучками.

Здесь также можно применить метод двух экспозиций, фотографируя объект А на одну и ту же фотопластинку до и после его смещения [5]. Благодаря нелинейности фотографической эмульсии при наблюдении на просвет будут видны изменения плотности, которые указывают на наличие полос декорреляции. Желательно сообщить фотопластинке небольшое смещение между двумя экспозициями. В этом случае недеформированные области формируют пространственный спектр, модулированный интерференционными полосами с контрастом 1, которые могут быть удалены путем пространственной фильтрации по схеме рис. 94. В результате деформированные зоны выявляются с очень хорошим контрастом.

Рассматриваемый метод двух пучков применим лишь при смещениях, не превышающих диаметра пятна спекл-структуры. Видность полос корреляции уменьшается с увеличением смещения и становится практически равной нулю, когда смещение по порядку величины достигает диаметра пятен спекл-структуры.

Освещая диффузный объект двумя пучками, интерферирующими на его поверхности и регистрируемыми точным фотоприемником, помещенным в плоскости изображения, можно очень точно измерять поперечное смещение в реальном времени [125].