Способ записи двухчастотных голограмм и устройство для его осуществления

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЗАПИСИ ДВУХЧАСТОТНЫХ ГОЛОГРАММ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Институт электроники Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт электроники Национальной кадемии наук Беларуси(57) 1. Способ записи двухчастотных голограмм путем последовательной записи двух голограмм, заключающийся в формировании излучения двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины, отличающийся тем, что излучение импульса с частотой 12, где 1, 2 - частоты излучения первого и второго импульсов соответственно, подвергают вынужденному рассеянию Мандельштама-Бриллюэна. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после первичного воздействия на излучение импульса вынужденным рассеянием Мандельштама-Бриллюэна осуществляют вторичное воздействие. 3. Устройство для записи двухчастотных голограмм, содержащее моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации, оптически связанный со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и объектный канал, оптически связанный с исследуемым объектом, отличающееся тем, что лазер через управляемый элемент, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную, поляризационный элемент и делительный элемент оптически связаны со схемой голографирования, а поляризационный элемент в свою очередь оптически связан посредством первой четвертьволновой пластинки со средой, осуществляющей вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, посредством второй четвертьволновой пластинки с зеркалом и посредствомделительного элемента со схемой голографирования, делительный элемент оптически связан с фотоэлектрическим блоком управления, электрически связанным с управляемым элементом, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что в качестве зеркала использована среда, осуществляющая вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.(56)2023279 1, 1994. Козачок А.Г. Голографические методы исследования в экспериментальной механике. - М. Машиностроение, 1984. - С. 61-62.2120653 1, 1998.0428333 2, 1991.0044457 2, 1982. Изобретение относится к измерительной технике, в частности к технике регистрации двухчастотных голограмм. Известен способ 1 записи двухчастотных голограмм, в котором запись двухчастотных голограмм осуществляют излучением лазера, генерирующего одновременно на двух частотах. Устройство 1 для реализации известного способа представляет собой лазер, содержащий внутрирезонаторный эталон Фабри-Перо, который обеспечивает генерацию излучения на двух частотах. Чувствительность способа и устройства ограничены интервалом между минимальной и максимальной частотами, для которых выполнены пороговые условия генерации. Наиболее близким по технической сущности является способ 2 записи двухчастотных голограмм путем последовательной записи двух голограмм на разных частотах, заключающийся в формировании из затравочного многочастотного лазерного излучения поочередно двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними в пределах спектра затравочного излучения, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины. Устройство 2, реализующее известный способ, содержит моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации в пределах спектра затравочного излучения свободной генерации, резонатор которого оптически связан через выходной отражатель со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и объектный канал, оптически связанный с исследуемым объектом. Запись двухчастотных голограмм происходит за две вспышки лазера на разных частотах. Перед записью второй голограммы частота генерации перестраивается, что позволяет изменять чувствительность способа получения топограммы. Чувствительность способа и устройства ограничена интервалом между минимальной и максимальной частотами спектра возбуждаемого в лазере затравочного излучения. Технической задачей изобретения является повышение чувствительности способа за счет получения излучения на длинах волн, выходящих за спектр генерации лазера. Поставленная техническая задача решается тем, что по известному способу записи двухчастотных голограмм путем последовательной записи двух голограмм, заключающемуся в формировании излучения двух импульсов на разных частотах с управляемым частотным сдвигом между ними, разделении излучения на предметный и опорный пучки, сведении их в плоскости регистрирующей среды для формирования интерференционной картины, излучение импульса с частотой 12, где 1 2 - частоты излучения первого и второго импульсов соответственно, подвергают вынужденному рассеянию Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ). Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве записи двухчастотных голограмм, содержащем моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации, оптически связанный со схемой голографирования, включающей в себя опорный канал, оптически связанный с регистрирующей средой, и объектный канал, оптически связанный с исследуемым объектом, лазер через управляемый элемент, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную, поляризационный элемент и делительный элемент оптически связывают со схемой голографирования, а поляризационный элемент в свою очередь оптически связывают посредством первой четвертьволновой пластинки со средой, осуществляющей ВРМБ, посредством второй четвертьволновой пластинки с зеркалом и посредством делительного элемента со схемой голографирования, делительный элемент оптически связывают с фотоэлектрическим блоком управления, электрически связанным с управляемым элементом, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную. При ВРМБ первого импульса с частотой 1 частота его излучения в стоксовой компоненте ВРМБ уменьшается на величину , где- частота гиперзвуковой волны в среде, осуществляющей ВРМБ, и это дает возможность по сравнению с известными способом и устройством повысить чувствительность способа по 2 4773 1 лучения топограммы на величину, определяемую областью гиперзвуковых частот в средах, осуществляющих ВРМБ (109-1011 Гц). Чувствительность способа повышается еще больше, если после первичного воздействия на излучение импульса вынужденным рассеянием Мандельштама-Бриллюэна осуществляют вторичное воздействие. Для этого в устройстве в качестве зеркала использована среда, осуществляющая ВРМБ. При использовании для записи топограммы оптических схем, обеспечивающих получение антистоксовой компоненты ВРМБ, процессу ВРМБ необходимо подвергать второй импульс. Способ характеризуется последовательностью операций формируют излучение первого импульса с частотой 1, подвергают его ВРМБ и излучение с частотой 1- направляют на вход схемы голографирования,разделяют это излучение на предметный и опорный пучки, сводят их в плоскость регистрирующей среды и записывают первую голограмму формируют излучение второго импульса с частотой 2, направляют это излучение на вход схемы голографирования, разделяют его на предметный и опорный пучки, сводят их в плоскость регистрирующей среды и записывают вторую голограмму. Сущность устройства для реализации способа поясняется фигурой, где 1 - моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации, 2 - управляемый элемент, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную, 3 - поляризационный элемент, 4, 7 - первая и вторая четвертьволновые пластинки соответственно, 5 - среда, осуществляющая ВРМБ, 6 - зеркало, 8 - делительный элемент, 9 - фотоэлектрический блок управления, 10 - схема голографирования, 11 - опорный канал, 12 - объектный канал, 13- регистрирующая среда, 14 - исследуемый объект. Устройство содержит моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации 1, оптически связанный со схемой голографирования 10, включающей в себя опорный канал 11, оптически связанный с регистрирующей средой 13, и объектный канал 12, оптически связанный с исследуемым объектом 14,через управляемый элемент, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную, 2,поляризационный элемент 3 и делительный элемент 8, поляризационный элемент 3 в свою очередь оптически связан посредством первой четвертьволновой пластинки 4 со средой, осуществляющей ВРМБ, 5, посредством второй четвертьволновой пластинки 7 с зеркалом 6 и посредством делительного элемента 8 со схемой голографирования 10, делительный элемент 8 оптически связан с фотоэлектрическим блоком управления 9,электрически связанным с управляемым элементом, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную 2. Принцип действия устройства состоит в следующем. Моноимпульсный лазер со стабилизацией и перестройкой частоты генерации 1 формирует первый импульс излучения с частотой 1 и направлением вектора поляризации, обеспечивающим полное его прохождение через поляризационный элемент 3 при отсутствии на управляемом элементе, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную, 2 управляющего сигнала с фотоэлектрического блока управления 9. Далее это излучение попадает на среду,осуществляющую ВРМБ, 5. В результате процесса ВРМБ частота излучения первого импульса становится равной 1-. С помощью первой 4 и второй 7 четвертьволновых пластинок и зеркала 6 это излучение заводится в схему голографирования 10, где в опорном канале 11 и объектном канале 12 формируют опорный и объектный пучки. Затем освещают регистрирующую среду 13 опорным пучком, а исследуемый объект 14 объектным пучком и записывают первую голограмму. Часть излучения первого импульса, отраженная от делительного элемента 8, поступает на фотоэлектрический блок управления 9 и вызывает его срабатывание, в результате чего после первого лазерного импульса на управляемом элементе, при прохождении которого излучение меняет поляризацию на ортогональную, 2 появляется управляющий сигнал. Далее перед очередной вспышкой лазера 1 осуществляют перестройку частоты его генерации и формируют второй импульс излучения с частотой 2 и с тем же вектором поляризации. Наличие управляющего сигнала с фотоэлектрического блока управления 9 обеспечивает полное отражение излучения второго импульса от поляризационного элемента 3 и соответственно запись второй голограммы на частоте 2. Применялся моноимпульсный рубиновый лазер, аналогичный 2, с формированием гигантского импульса из затравочного излучения пучка свободной генерации при фотоэлектрическом управлении активным модулятором добротности по излучению этого пучка. В качестве активного модулятора добротности использовался электрооптический затвор (ЭОЗ) на основе кристалла-среза, обладающего продольным линейным электрооптическим эффектом. Схема фотоэлектрического управления ЭОЗ содержала перестраиваемый спектральный фильтр на основе дисперсионного элемента, пространственно разделяющего излучение по длинам волн, и диафрагмы, ограничивающей апертуру фотоприемника. В качестве дисперсионного элемента применялся эталон Фабри-Перо. Изменение частоты пропускания фильтра производилось про 3 4773 1 странственным смещением диафрагмы. Диапазон перестройки частоты генерации импульсов в данном лазере определялся максимальной шириной спектра затравочного излучения свободной генерации и не превышал 20 ГГц. В качестве управляемого элемента, при прохождении которого излучение меняло поляризацию на ортогональную, использовался, как и в ЭОЗ, кристалл-среза, на который подавалось полуволновое напряжение со специально разработанного фотоэлектрического блока управления. Поляризационным элементом служило зеркало с диэлектрическим покрытием с коэффициентами Тр 0,93 и 1 для угла падения 57. В качестве зеркала 6 использовали плоское глухое зеркало с диэлектрическим покрытием. Четвертьволновые пластинки были выполнены из кварца. Средой, в которой излучение подвергалось ВРМБ, являлся плавленый кварц. Делительным элементом служила клиновидная пластина. Излучение, отраженное от передней грани этой пластины, использовалось для формирования опорного пучка, отраженное от задней грани - для запуска фотоэлектрического блока управления. В объектном канале использовалось излучение,прошедшее через делительный элемент. Регистрирующим материалом служил ленточный шириной 35 мм фототермопластический материал типа ФТПН-ЛО. Исследуемым объектом являлись изделия авиационной техники и другие изделия сложной формы. Предлагаемый способ и устройство для его осуществления позволил получить для записи голограмм излучение с разностью частот до 50 ГГц вместо 20 ГГц, как в известном 2, и, таким образом, в 2,5 раза повысить чувствительность способа записи топограмм по сравнению с известным. Источники информации 1. Козачок А.Г. Голографические методы исследования в экспериментальной механике. -М. Машиностроение, 1984. - С. 61-62. 2. Патент РФ 2023279 МПК 03 Н 1/04,01 В 9/0127, 1994. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4