8.4.7. Голография движущихся объектов

Целью этого раздела являются исследование различных методов получения голограмм движущихся объектов и рассмотрение отдельных установок, предназначенных для этого. К методам получения голограмм движущихся объектов относятся метод формирования голографического изображения по доплеровскому разбросу частоты [2], метод голограмм с модулированными по времени пучками [1] и метод голографии движущихся сцен [32, 47, 48].

8.4.7.1. Формирование голографического изображения по доплеровскому разбросу частоты

Метод формирования голографического изображения по доплеровскому разбросу частоты используется главным образом при получении голограмм вращающихся объектов. Объект освещается лазерным светом, и его изображение с помощью телескопа формируется на голографической пленке. Обусловленный вращением объекта доплеровский сдвиг частоты используется для кодирования сигнала по времени. Свет, рассеянный поверхностью объекта, в любом данном направлении имеет определенную несущую частоту для данного пути освещения и пути наблюдения. Следовательно, опорный пучок имеет сдвиг временной частоты, который соответствует доплеровскому сдвигу частоты в каждом отдельном направлении. Иными словами, свойство временной фильтрации голограммы преобразует функцию размытия временного канала в пространственную функцию размытия. Ширина этой пространственной функции размытия определяется временными переменными. Изображение с такой голограммы восстанавливается обычными способами.

На рис. 19 приведена подробная схема голографической регистрации методом доплеровского сдвига частот. Объектный пучок проходит через зеркало коллиматор объект (укреплен на зеркале телескоп с единичным увеличением, состоящий из щели и из концентрически с ней установленных линз Опорный пучок проходит через коллиматор зеркала и линзу зеркало и линзу Линзы также образуют телескоп с единичным увеличением. Объектный и опорный пучки проходят одинаковые длины путей. Угол между плоскостью голограммы, объектным и опорным пучками составляет 15°.

Щелевая диафрагма располагается в общей фокальной плоскости линз Электронный затвор (ЭЗ) управляет временем экспонирования пленки и синхронизован с вращением зеркала таким образом, чтобы к моменту времени, равному половине временного интервала экспонирования, зеркало устанавливалось перпендикулярно плоскости голограммы.

Рис. 19. Схема установки для получения голографического изображения методом доплеровского сдвига частот.

Вращение зеркала приводит к линейному разбросу доплеровских частот по сечению опорного пучка. Объект укрепляется на зеркале чтобы он мог вращаться вместе с ним. Скорость вращения зеркала можно менять от до В случае небольшой скорости вращения можно применять лазеры малой мощности (около поскольку при этом допустимо большее время экспонирования.

8.4.7.2. Голография с модулированными во времени пучками

Голография с модулированными во времени пучками обычно осуществляется в зависимости от конкретного применения на одной из трех различных установок: на установке для получения голограмм ультразвуковых пучков, на установке, производящей модулированные голограммы колеблющихся объектов, и на установке, предназначенной для определения резонанса волн сдвига в кристалле ADP. Схемы этих установок приведены на рис. 20—22. Ниже мы даем их подробное описание.

а. Голограммы ультразвуковых пучков. Как видно из рис. 20, для получения голограмм ультразвуковых пучков применяется метод однополосовой модуляции с подавлением несущей (ОМПН). Этот

метод преобразует частоту опорной волны. Перед пространственным фильтром, пропускающим все порядки дифракции опорной волны выше первого, устанавливают дифракционную ячейку. Объектная волна проходит через ванну с водой, в которой распространяется ультразвуковой пучок; этот пучок разлагает объектную волну на дифракционных порядков. Дифракционная ячейка и ультразвуковой источник соединены с одним и тем же генератором, так что система оказывается синхронизованной по фазе. Плоскость голограммы устанавливается под углом 45° к ванне с водой, которая пронизывается ультразвуковым пучком.

Рис. 20. Установка для получения голограмм ультразвуковых пучков,

Для того чтобы получить голограмму ультразвукового пучка, его следует пропустить через специальный канал. Этот канал представляет собой две параллельные алюминиевые пластины, удерживаемые четырьмя болтами на некотором расстоянии одна от другой. Канал наклоняют под углом 45° к пучку, чтобы сконцентрировать пучок на небольшой площади.

При восстановлении изображения с такой голограммы в объектную волну помещают рассеиватель. Мнимое изображение можно наблюдать при нормальных условиях. Хотя при голографировании используется большой угол зрения, но лишь небольшая часть ультразвукового пучка, которая удовлетворяет условиям угла Брэгга, видна яркой. Если наблюдать изображение в телескоп, установленный под углом Брэгга, то с одной и той же яркостью можно видеть весь ультразвуковой пучок.

б. Голограммы для обнаружения вибраций. Рассмотрим установку, которую можно применять для обнаружения колебаний объекта.

Например, конкретным объектом, исследуемым в системе, показанной на рис. 21, является громкоговоритель диаметром 7,6 см, приводимый в действие синусоидальным электрическим сигналом. Если объект освещают и рассматривают вдоль направления колебаний, то отраженный объектом свет оказывается модулированным по фазе. Колебания малой амплитуды можно обнаружить путем преобразования частоты опорной волны на величину, равную частоте электрического сигнала, подаваемого на громкоговоритель. Опорная волна преобразуется электрооптическим модулятором (ЭОМ), в котором пилообразная фазовая модуляция создает модуляцию ОМПН.

Рис. 21. Установка для получения голограмм работающего громкоговорителя,

Чувствительность обнаружения вибраций зависит от степени подавления несущей частоты опорной волны. Эту проблему можно решить с помощью электронной аппаратуры. Ограничение системы обусловлено смещением формируемой интерференционной картины относительно фотографической эмульсии. В некоторой степени такое ограничение можно снять, если оптимизировать отношение интенсивностей объектной и опорной волн. Оказалось, что яркость восстановленного изображения получается максимальной в случае, когда во время записи голограммы объектная и опорная волны имеют одинаковые интенсивности.

в. Голограммы для обнаружения резонансов волны сдвига. Третья установка, схематически показанная на рис. 22, применяется для обнаружения резонансов волны сдвига в кристалле ADP. Эти резонансы наблюдаются при помещении кристалла между двумя скрещенными линейными поляризаторами. Для того чтобы сохранить разность фаз между объектной и опорной волнами, в этой системе

применяется один и тот же источник сигнала (генератор). Опорная волна проходит через электрооптический модулятор (ЭОМ), после которого ее частота становится равной частоте объектной волны.

Рис. 22. Голографическая установка для определения резонанса волн сдвига в кристалле ADP.