Голография в матричных фазовых модуляторах света
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
кость, перпендикулярная плоскости распространения света; - действительные амплитуды объектной и опорной волн; - пространственная частота опорной волны; - угол между направлением распространения опорной волны и осью ; - длина волны источника света; и - искажения фаз световых волн, обусловленные аберрациями оптической системы; - изменение фазы объектной волны на объекте.
На Рис.2. приведено изображение интерферограммы (голограмма), полученное на ПЗС-камере.
Рис. 9. Голограмма ступени
Вторым этапом является повышение чувствительности измерений. Развернутый обзор голографических методов регулировки чувствительности интерференционных измерений и некоторых примеров их применения при анализе прозрачных сред проведен в работе [11]. Среди обсуждаемых в работе [11] методов хотелось бы выделить метод перезаписи голограмм, развитием которого и является настоящая работа.
Рис. 10. Схема перезаписи голограмм малых неоднородностей.
- He-Ne лазер; 2 - телескоп; 3 - интерферометр Маха-Цендера;
- голограмма; 5 - объектив; 6 - фильтрующая диафрагма
На Рис.3 изображена схема для перезаписи голограмм, позволяющая увеличить чувствительность измерений. Схема представляет собой интерферометр Маха-Цендера. Монохроматическое излучение He-Ne лазера 1 проходит через расширяющий диаметр пучка телескоп 2 и попадает в интерферометр 3 Маха-Цендера, где волна разделяется на два луча, которые затем вновь сводятся воедино и интерферируют. Комплексные амплитуды волн на выходе интерферометра можно представить как:
где - плоскость, перпендикулярная плоскости распространения света; - действительные амплитуды объектной и опорной волн; и - составляющие пространственных частот волн, определяющие из направление распространения, в общем случае выражающиеся как ; и - углы между направлением распространения i-ой волны и осями и ; - длина волны источника света; и - искажения фаз световых волн, обусловленные аберрациями интерферометра; - изменение фазы объектной волны на объекте.
Голограмма 4 (физически реализованная печатью на прозрачной полимерной структуре) освещается волнами и под определенными углами, в результате чего в фокальной плоскости первого из объективов 5 наблюдается две (от каждой из волн) картины дифракции. Диафрагма 6, установленная в фокальной плоскости первого из объективов 5, имеет два отверстия.
При перезаписи голограммы направляют освещающие волны и на голограмму так, чтобы волны, дифрагировавшие в +n-й и ?n-й порядки, распространялись под некоторым углом друг к другу, а их максимумы в плоскости диафрагмы 4 попадали каждый в свое отверстие. Таким образом, расстояние между отверстиями задает несущую частоту полос, получающихся в результате вторичной интерференции сопряженных порядков, которая сопровождается удвоением фазового набега. Комплексные амплитуды волн, распространяющихся при освещении голограммы 4 волнами и , можно представить в виде ряда Фурье в комплексной форме:
Второй из объективов 5 проецирует прошедшие через отверстия волны на ПЗС-матрицу камеры. В плоскости ПЗС-камеры их комплексные амплитуды в экспоненциальном виде можно представить как:
Таким образом, в плоскости ПЗС-камеры волны и образуют интерференционную картину:
.
Под чувствительностью голографического интерференционного метода понимается отношение деформации волнового фронта, восстановленного с голограммы, к деформации волнового фронта, прошедшего изучаемый объект. В результате, можно заключить, что при использовании вышеописанного метода перезаписи голограммы объекта чувствительность измерения повышена в 2n раз, где n - порядок дифракции волн на освещаемой голограмме. Пример вторичной голограммы приведен на Рис.9.
Рис. 4. Вторичная голограмма с увеличенной в 2 раза чувствительностью
Перейдем к пояснению непосредственной оригинальности настоящей работы, которая заключается в применении в схеме перезаписи электрически адресуемого (ЭА) ЖК ПМС (см. Рис.5).
Рис. 11. Схема перезаписи с ЭА ЖК ПМС.
- He-Ne лазер; 2 - телескоп; 3 - интерферометр Маха-Цендера;
- голограмма; 5 - объектив; 6 - фильтрующая диафрагма
Элементы схемы, приведенной на Рис.10, аналогичны элементам схемы с Рис.8, за исключением физической реализации голограммы, которую предлагается реализовать с помощью ЭА ЖК ПМС, подключенного к компьютеру. Такой способ физической реализации голограммы позволяет вывести систему на новый технический уровень.
Результаты эксперимента
В первой фазе эксперимента производится запись фоторегистрирующей средой (ПЗС-камера, Рис.11) интерференционной голограммы с образца, представляющего собой прозрачную плоскопараллельную пластинку с прямоугольным выступом в виде ступеньки. При проведении эксперимента, описываемого данной работой, в первой фазе вместо полупрозрачной пластины со ступенькой использовалась голограмма хорошего качества на фотоплёнке (Рис.12) и искусственно смоделированное цифровое изображение (Рис.13), подаваемое на дисплей модулятора. Голограммы размещались в одном из плеч интерферометра 3 (см. Рис.11).
Рис. 12. Опыт по перезаписи голограммы с фотоплёнки:
а - фотография голограммы на плёнке; б - перезаписанная голограмма с увеличением чувствительности в 3 раза
Рис. 13. Оп