ПРИКЛАДНАЯ ГОЛОГРАФИЯ лектор: О.В. Андреева

Информация для студентов На сайте кафедры фотоники и оптоинформатики работает «Читальный зал» Пользователь: student Пароль: 8c2adpkt ТЕСТИРОВАНИЕ – завтра, пом.110: 4352 – : – :

Техника голографического эксперимента Регистрация голограммы – процесс физического взаимодействия излучения с регистрирующей средой, в результате которого пространственное распределение интенсивности в регистрируемой интерференционной картине преобразуется в соответствующее распределение каких-либо параметров среды. Для регистрации голограммы необходимы Установка Регистрирующая среда

Голографическая установка - Комплекс устройств, источников и приемников излучения, оптико-механических узлов и элементов, предназначенный для регистрации голограмм и измерения их параметров. Включает: Источник когерентного излучения Голографическую схему – оптическую часть установки Устройства защиты от вибраций и воздушных потоков

Источник когерентного излучения Основные параметры Режим излучения (непрерывный, импульсный, импульсно-периодический ) Длина волны излучения Спектральный состав излучения Когерентность излучения Поляризация излучения Расходимость излучения

Основные параметры лазеров Режим излучения – непрерывный, импульсный, импульсно-периодический. Длина волны излучения – спектральная область, в пределах которой необходимо производить регистрацию голограммы (большей частью обусловлена спектральной чувствительностью регистрирующей среды и необходимостью передать определенный цвет объекта). Спектральный состав излучения - ширина полосы испускания источника излучения, которая определяет ряд других параметров излучения. Когерентность излучения. Обеспечивается режимом работы лазера: используют одномодовый режим (генерируется одна мода излучения, которая может содержать несколько частот) и одночастотный. Как правило, используют понятие временной когерентности излучения и длины когерентности лазера. Для получения голограмм применяют лазеры с высокой степенью временной когерентности (длина когерентности – десятки см). Поляризация излучения – для регистрации голограмм наиболее предпочтительным является линейно-поляризованное излучение, в котором колебания вектора Е происходят перпендикулярно поверхности оптического стола, на котором расположена голографическая схема. Расходимость излучения – пространственный спектр излучения источника – чем уже пространственный спектр излучения источника, тем ближе такое излучение к коллимированному (параллельному) пучку излучения, в котором все лучи параллельны друг другу с высокой степенью точности. Такой пучок предпочтителен с точки зрения обеспечения максимальной пространственной когерентности в схеме регистрации и является идеальным для создания в оптической голографической схеме интерференционной картины с заданными параметрами.

Эксплутационные характеристики Мощность излучения Стабильность параметров излучения Габариты источника Ресурс Потребляемая мощность Необходимость дополнительного энерго- и водо-обеспечения Влияние на окружающую среду

Основные типы лазеров Газовые Жидкостные Твердотельные Твердотельные (полупроводник)

Лазеры, используемые при выполнении лабораторных работ по голографии Газовый лазер на основе смеси газов гелия и неона – длина волны генерации излучения 632,8нм – для записи изобразительных голограмм Газовый лазер (ионный газовый лазер) на основе газа аргона – имеет целый спектр генерируемых длин волн различной мощности. Используют наиболее интенсивные линии – 476нм, 488нм, 514нм – для записи голограммных элементов Полупроводниковый лазерный модуль KLM- 650 – для измерения параметров

Характеристики излучения- спектральный состав Спектр полосы усиления (ширина спектральной линии) Спектр частот собственных мод резонатора Спектр генерации лазера Одномодовый лазер работает в режиме генерации отдельной продольной моды

Спектр излучения KLM-650 в зависимости от тока через p-n переход

Расходимость пучка лазерного излучения

Расходимость (по уровню 0,5): 0,13 мрад (I pn = 39,9 мА) Форма пучка полупроводникового лазера KLM-650/3

Зависимость параметров лазерного излучения от тока через p-n-переход

Голографическая схема Состоит из узлов и элементов, размещаемых на жестком основании (плите): Источник излучения Устройства деления пучка Затворы Устройства фильтрации лазерных пучков Поворотные зеркала и призмы Расширители пучков Диффузоры Узлы крепления объектов Узлы крепления регистрирующей среды

Устройство деления пучка (Beamsplitter) По волновому фронту – призмы, зеркала По амплитуде – полупрозрачные зеркала, светоделительные кубики, поляризационноые устройства, объемная голограмма-решетка

Деление лазерного пучка (после расширения пучка) – по амплитуде (1), по волновому фронту (2)

Устройства для амплитудного деления пучков полупрозрачное зеркало клин светоделительный кубик прозрачная решетка отражательная решетка

Светоделительный кубик обеспечивает Снижение потерь на отражение за счет перепендикулярного падения пучка на поверхность Устойчивость к повреждениям Неизменность угла между пучками (90град) Неизменность соотношения пучков по интенсивности

Поляризационный делитель

Малоугловой делитель лазерного пучка по амплитуде на основе объемной голограммы-решетки

Преимущества: возможность получения двух когерентных пучков с нулевой разностью хода при угле между пучками может иметь заранее заданную величину, причем довольно незначительную, в отличие от устройств на основе кубиков, полупрозрачных зеркал и др. Недостатки: требует определенной точности установки элемента в оптической схеме, Спектральный состав двух пучков может различаться, если угловая селективность используемой голограммы меньше пространственного спектра разделяемого излучения.

Расположение пучков относительно образца Малоугловой делитель лазерного пучка по амплитуде на основе объемной голограммы-решетки

Схема записи голографических решеток с призменным интерферометром (деление пучка по амплитуде)

Устройства для деления фронта световой волны призма с наружным отражающем слоем билинза бипризмаЗеркало Ллойда

Схема записи голограмм-решеток с прямоугольной призмой (деление пучка по волновому фронту)

Поляризационные устройства для амплитудного деления световых пучков призма Волластона (возможно применение также призм Рошона и Сенармона) кальцитовая пластина кальцитовая призма

Расширение пучка

Телескопические системы для расширения параллельного пучка с положительной линзойс отрицательной линзой система с отрицательной линзой предпочтительней при использовании мощных источников излучения

Расширение пучка Где производить расширение пучка – до делителя пучков или после него? Делитель в пучке до расширения: –Малый диаметр пучка(снижение требований к габаритам) –Дефекты делителя могут быть устранены при расширении –Объектный и референтный пучки формируются разными узлами –Увеличение количества элементов –Повышение требований к стабильности схемы Делитель в пучке после расширения: –Один набор элементов для расширения пучка (снижение количества элементов) –Увеличение диаметра пучка (повышение требований к габаритам)

Устройство для «чистки» лазерного пучка

Желательное и нежелательное направления поляризации лазер предметный пучок

Изменение направления вектора поляризации лазерного пучка –с помощью фазовой пластинки (двулучепреломление) –с помощью двух прямоугольных призм –???

Изменение направления вектора поляризации с помощью полуволновой пластинки

Прямоугольная призма–многофункциональный элемент голографической схемы

Обеспечение механической стабильности голографической схемы