Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Голографическая интерферометрия ( HI ) [1] [2] - это метод, который позволяет измерять статические и динамические смещения объектов с оптически шероховатой поверхностью с оптической интерферометрической точностью (то есть до долей длины волны света). Эти измерения могут применяться для анализа напряжений, деформаций и вибрации, а также для неразрушающего контроля и дозиметрии. [3] Его также можно использовать для обнаружения изменений длины оптического пути в прозрачных средах, что позволяет, например, визуализировать и анализировать поток жидкости. Его также можно использовать для создания контуров, представляющих форму поверхности.

Голография - это двухэтапный процесс записи дифрагированного светового поля, рассеянного от объекта, и выполнения рендеринга изображения. Этот процесс может быть достигнут с помощью традиционных фотопластинок или цифровой матрицы датчиков в цифровой голографии . Если записанное поле накладывается на «живое поле», рассеянное от объекта, два поля будут идентичными. Однако если к объекту приложить небольшую деформацию, относительные фазы двух световых полей изменятся, и можно будет наблюдать интерференцию. Этот метод известен как голографическая интерферометрия в реальном времени.

Также возможно получить полосы, сделав две записи светового поля, рассеянного от объекта, на одном и том же носителе записи. Восстановленные световые поля могут затем интерферировать, создавая полосы, отображающие смещение поверхности. Это известно как голография «замороженной бахромы».

Форма бахромы связана с изменением положения поверхности или уплотнением воздуха.

В последние годы было разработано множество методов автоматического анализа таких закономерностей.

Открытие [ править ]

Несколько исследовательских групп опубликовали в 1965 году статьи, описывающие голографическую интерферометрию. [1] [4] [5] [6] Хотя первые наблюдения явлений, которые можно отнести к голографической интерферометрии, были сделаны Юрисом Упатниексом в 1963 г. [7], существенная особенность процесса не была понятна до работ Пауэлла и Стетсон. [1] Их эксперименты проводились в период с октября по декабрь 1964 г., и они начали с исследования длины периодической когерентности используемого гелий-неонового лазера. Компактный лазерный луч использовался для освещения пятна на небольшом объекте, который помещался между двумя зеркалами, так что его изображение можно было наблюдать, глядя через одно зеркало в туннель множественных отражений между зеркалами. Длина пути каждого изображения была на 10 см больше, чем у предыдущего. Поскольку у этих лазеров было около трех продольных мод, длина их когерентности была периодической, как описано производителем Spectra Physics в сотрудничестве с Perkin Elmer Corporation. Это было продемонстрировано путем записи голограммы вида через одно из зеркал.

Однако на одной из голограмм темная полоса наблюдалась на изображении, наиболее близком к голограмме, и наблюдалось смещение положения в перспективе. Эта полоса не наблюдалась в исходном лазерном луче и должна была быть чем-то созданным с помощью голографического процесса. Конфокальный лазерный резонатор состоял из сферического зеркала на выходе и плоского зеркала в центре кривизны на другом конце. Регулировка продольного расстояния контролировала количество внеосевых мод колебаний, и было замечено, что лазер колебался в более чем одной осевой моде. Множественные лазерные моды были некогерентными и не мешали наблюдаемому лазерному лучу, так почему же они мешали реконструкции голограммы? Стетсонский выдвинул идею, что каждый режим существовал как в объекте и в эталонном пучке,и каждая пара записывала на фотопластинку отдельную голограмму. Когда они были реконструированы, обе записи были восстановлены одновременно из одного и того же лазерного луча, и поля были взаимно когерентными. Пауэлл возражал против этой идеи, потому что она предполагала, что голограмма обладает способностью когерентно восстанавливать поля, которые были некогерентными во время ее записи.

Полученные аргументы привели к серии экспериментов , которые были опубликованы в 1966 г. [8] Они состояли из: (1) Записи отражения концентрированного лазерного луча во время захвата всего опорного луча на голограмме и регулировку лазера для комбинаций внеосевых режимов. (2) Запись двойной экспозиции голограммы объекта , когда объект, зеркало опорного луча, а сама голограмма были слегка повернуты между экспозициями. (3) Запись голограмм дна 35-мм банки для пленки во время ее вибрации. Позже, в апреле 1965 года, Стетсон и Пауэлл получили в реальном времени интерференционные картины между реальным объектом и его голографической реконструкцией. [9]

Приложения [ править ]

Лазерная виброметрия [ править ]

С момента своего появления виброметрия с помощью голографической интерферометрии стала обычным явлением. Пауэлл и Стетсон показали, что полосы на усредненной по времени голограмме колеблющегося объекта соответствуют нулям функции Бесселя , где - глубина модуляции фазовой модуляции оптического поля на объекте. [1] С помощью этого метода можно оценить локальную амплитуду вибрации путем подсчета полос. В работе Алексоффа [10] опорный луч был сдвинут по частоте для выбора одной боковой полосы порядка . В этом случае полосы для боковой полосы соответствуют нулям функции Бесселя.. Последовательная визуализация боковых полос частот решила проблему подсчета полос. [11] Порядок боковых полос является маркером локальной амплитуды синусоидального движения вне плоскости. Мультиплексные измерения оптических боковых полос [12] [13] позволяют количественно измерять амплитуды колебаний вне плоскости, намного меньших, чем длина оптической волны.

Лазерная доплеровская визуализация [ править ]

Во внеосевой конфигурации, с медленной камерой и лазерным диодом, голографическая интерферометрия достаточно чувствительна, чтобы обеспечить широкопольное лазерное доплеровское отображение оптических флуктуаций по амплитуде и фазе с помощью медленной или быстрой камеры. Камера с низкой скоростью (например, видеосъемкой) будет записывать усредненные по времени голографические интерферограммы, что приведет к фильтрации нижних частот оптического сигнала флуктуаций. Путем сдвига частоты опорного пучка, фильтр нижних частот становится полосовой фильтр с центром в расстройки частоты, и селективное обнаружение узкополосного и формирование изображений может выполняться. Этот метод позволяет получать изображения микрососудистого кровотока [14] и измерять фотоплетизмограммы в широком поле путем обнаружения движения ткани вне плоскости. [15]Широкая временная полоса пропускания камеры с высокой пропускной способностью может обеспечить широкополосное обнаружение и анализ оптических флуктуаций. Его можно использовать для визуализации пульсирующего кровотока. [16] [17]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г Пауэлл Р.Л., Стетсон К.А., 1965, J. Opt. Soc. Am., 55, 1593-8
  2. ^ Jones R & Wykes C, Голографическая и спекл-интерферометрия, 1989, Cambridge University Press
  3. ^ Beigzadeh, AM (2017). «Моделирование калориметра для дозиметрии излучения на основе голографической интерферометрии». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях А . 864 : 40–49. Bibcode : 2017NIMPA.864 ... 40В . DOI : 10.1016 / j.nima.2017.05.019 .
  4. ^ Brooks RE, Heflinger LO и Wuerker RF, 1965 Интерферометрия с голографически реконструированным лучом сравнения, Applied Physics Letters, 7, 248-9
  5. ↑ Collier RJ, Doherty ET и Pennington KS, 1965, Применение методов муара в голографии, Applied Physics Letters, 7, 223-5
  6. ^ Haines KA & Hildebrand BP, 1965, Генерация контуров реконструкцией волнового фронта, Physics Letters, 19, 10-11
  7. Перейти ↑ Haines, K, 2006, J. Holography Speckle, 3, 35
  8. Перейти ↑ Stetson KA, Powell RL, 1966, J. Opt. Soc. Am., 56, 1161-6
  9. ^ Пауэлл Р.Л., Стетсон К.А., 1965, J. Opt. Soc. Am., 55, 1694-5
  10. ^ CC Aleksoff (1971). «Голография с временной модуляцией». Прикладная оптика . 10 (6): 1329–1341. Bibcode : 1971ApOpt..10.1329A . DOI : 10,1364 / AO.10.001329 . PMID 20111115 . 
  11. ^ F Joud; F Verpillat; Ф Лалоэ; M Atlan; J Hare; М. Гросс (2009). «Безрамочные голографические измерения колебаний большой амплитуды». Письма об оптике . 34 (23): 3698–3700. arXiv : 1003,5999 . Bibcode : 2010arXiv1003.5999J . DOI : 10.1364 / ol.34.003698 . PMID 19953166 . 
  12. ^ Н. Верриер; М. Атлан (2013). «Абсолютное измерение колебаний малой амплитуды методом усредненной по времени гетеродинной голографии с двойным гетеродином». Письма об оптике . 38 (5): 739–41. arXiv : 1211.5328 . Bibcode : 2013OptL ... 38..739V . DOI : 10.1364 / OL.38.000739 . PMID 23455283 . 
  13. ^ Бруно, Ф .; Laudereau, JB; Lesaffre, M .; Верье; Атлан, М. (2014). «Фазочувствительная узкополосная гетеродинная голография». Прикладная оптика . 53 (7): 1252–1257. arXiv : 1301,7532 . Bibcode : 2014ApOpt..53.1252B . DOI : 10,1364 / AO.53.001252 . PMID 24663351 . 
  14. ^ Атлан, М .; Гросс, М .; Забудьте, B .; Виталис, Т .; Rancillac, A .; Данн, А. (август 2006 г.). "Широкопольная лазерная допплеровская визуализация в частотной области in vivo" . Опт. Lett . 31 (18): 2762–2764. Bibcode : 2006OptL ... 31.2762A . DOI : 10.1364 / ol.31.002762 . PMID 16936884 . 
  15. ^ Джеффри Бенкте; Пьер Паньу; Томас Костас; Сам Баят; Майкл Атлан (2015). «Голографическая лазерная допплеровская визуализация пульсирующего кровотока». Arxiv : 1501.05776 [ physics.optics ].
  16. ^ Лео Пуйо; Изабель Ферезу; Армель Рансильяк; Мануэль Симонутти; Мишель Пакес; Жозе-Ален Сахель ; Матиас Финк ; Майкл Атлан (2015). «Пульсирующая визуализация микрососудистого кровотока с помощью анализа с помощью кратковременного преобразования Фурье сверхбыстрой лазерной голографической интерферометрии». arXiv : 1510.01892 [ Physics.med -ph ].
  17. ^ Матильда Пеллиццари; Мануэль Симонутти; Жюли Дегарден; Жозе-Ален Сахель ; Матиас Финк ; Мишель Пакес; Майкл Атлан (2016). «Высокоскоростная оптическая голография кровотока сетчатки». Письма об оптике . 41 (15): 3503–6. arXiv : 1607.07800 . DOI : 10.1364 / OL.41.003503 . PMID 27472604 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Голографическая интерферометрия (Эдинбургский университет) [1]
  • Голографическая интерферометрия (Уорикский университет) [2]
  • Голографическая интерферометрия (Университет Райса) [3]
  • интерферометрия
  • Holovibes Программное обеспечение для визуализации голограмм в реальном времени