Способ записи контурных голограмм и устройство для его осуществления

01 9/021 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ЗАПИСИ КОНТУРНЫХ ГОЛОГРАММ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(72) Авторы Дашкевич Владимир Иванович Окушко Владимир Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт электроники НАН Беларуси(57) 1. Способ записи контурных голограмм, заключающийся в формировании опорного и объектного пучков многочастотного излучения с эквидистантными частотами, которое формируют из одночастотного лазерного излучения путем многократного обращения части этого излучения при вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна в нелинейной среде с усилением в активной среде лазера, экспонировании регистрирующей среды опорным и объектным пучками для формирования интерференционной картины, отличающийся тем, что многочастотное излучение формируют с различной временной структурой, при этом используют нелинейные среды, частоты гиперзвука в которых кратны, а экспонирование осуществляют дважды, причем при первом экспонировании интерференционную картину формируют, используя частоту исходного лазерного излучения, а при втором - используя любую другую частоту излучения пучков. 2. Устройство записи контурных голограмм, содержащее лазер, обеспечивающий одночастотную генерацию, оптически связанный со схемой голографирования, включающей в себя делительный элемент, оптически связанный с регистрирующей средой через опорный канал и с объектом, оптически связанным с регистрирующей средой, через объектный канал, отличающееся тем, что делительный элемент оптически связан с опорным каналом через первый взаимный вращатель плоскости поляризации, первый поляризационный элемент, вращатель плоскости поляризации, при этом первый поляризационный 6800 1 элемент через первую оптическую линию задержки связан с первой нелинейной средой, а с объектным каналом делительный элемент оптически связан через второй взаимный вращатель плоскости поляризации, второй поляризационный элемент, вторую оптическую линию задержки, при этом второй поляризационный элемент оптически связан со второй нелинейной средой.(56)а 19980728, 2000. Окушко В.А. - ПТЭ, 2000. -3. - С. 107-110. Козачок А.Г. Голографические методы исследования в экспериментальной механике. М. Машиностроение, 1984. - С. 59-63.а 19991106, 2001.а 20000407, 2001. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, при определении параметров рельефа поверхности исследуемого объекта. Известен способ 1 контурных голограмм, заключающийся в формировании двухчастотного излучения из одночастотного и представляющего собой часть исходного излучения и его стоксову компоненту, полученную при вынужденном рассеянии МандельштамаБриллюэна (ВРМБ), разделении излучения на предметный и опорный пучки, освещении объекта объектным пучком, а регистрирующей среды - опорным пучком и формировании в плоскости регистрирующей среды интерференционной картины. Устройство 1 для реализации известного способа содержит лазер, оптически связанный со схемой голографирования, в которой формируют объектный и опорный пучки,посредством поляризационного элемента, который оптически через первую четвертьволновую пластинку связан с нелинейной средой, в которой излучение подвергают ВРМБ, и посредством второй четвертьволновой пластинки оптически связана с зеркалом, которое в свою очередь оптически через вторую четвертьволновую пластинку и поляризационный элемент оптически связано со схемой голографирования. Способ и устройство ограничены по чувствительности областью гиперзвуковых частот используемых нелинейных сред. Наиболее близким по технической сущности является способ 2 записи контурных голограмм, заключающийся в формировании опорного и объектного пучков многочастотного излучения с эквидистантными частотами, которое формируют из одночастотного лазерного излучения путем многократного обращения части этого излучения при ВРМБ в нелинейной среде с усилением в активной среде лазера, экспонировании регистрирующей среды опорным и объектным пучками для формирования интерференционной картины. Устройство 2 для реализации известного способа содержит лазер, обеспечивающий одночастотную генерацию, лазер, оптически связанный со схемой голографирования,включающей в себя делительный элемент, оптически связанный с регистрирующей средой через опорный канал и с объектом, оптически связанным с регистрирующей средой,через объектный канал. Известные способ и устройство имеют ограничения по чувствительности. Кроме того,выходная энергия каждой спектральной компоненты ограничена порогом ВРМБ. Технической задачей изобретения является повышение чувствительности способа на величину, определяемую шириной спектрального интервала многочастотного излучения,за счет формирования в объектном и опорном пучках импульсов многочастотного излучения с различной временной структурой, и повышение дифракционной эффективности двухчастотной голограммы за счет увеличения энергетического выхода спектральных составляющих многочастотного излучения. 2 6800 1 Поставленная техническая задача решается тем, что по известному способу записи контурных голограмм, заключающемуся в формировании опорного и объектного пучков многочастотного излучения с эквидистантными частотами, которое формируют из одночастотного лазерного излучения путем многократного обращения части этого излучения при ВРМБ в нелинейной среде с усилением в активной среде лазера, экспонировании регистрирующей среды опорным и объектным пучками для формирования интерференционной картины, многочастотное излучение формируют с различной временной структурой, при этом используют нелинейные среды, частоты гиперзвука в которых кратны, а экспонирование осуществляют дважды, причем при первом экспонировании интерференционную картину формируют, используя частоту исходного лазерного излучения, а при втором используя любую другую частоту излучения пучков. Поставленная техническая задача решается тем, что в известном устройстве записи контурных голограмм, содержащем лазер, обеспечивающий одночастотную генерацию,оптически связанный со схемой голографирования, включающей в себя делительный элемент, оптически связанный с регистрирующей средой через опорный канал и с объектом,оптически связанным с регистрирующей средой, через объектный канал, делительный элемент оптически связан с опорным каналом через первый взаимный вращатель плоскости поляризации, первый поляризационный элемент, вращатель плоскости поляризации,при этом первый поляризационный элемент через первую оптическую линию задержки связан с первой нелинейной средой, а с объектным каналом делительный элемент оптически связан через второй взаимный вращатель плоскости поляризации, второй поляризационный элемент, вторую оптическую линию задержки, при этом второй поляризационный элемент оптически связан со второй нелинейной средой. Формирование в опорном и объектном пучках многочастотного излучения с различной временной структурой позволяет обеспечить при каждом экспонировании интерференцию излучения лишь одной частоты. При ВРМБ в сфокусированных пучках коэффициент отражения излучения может быть близок к единице. Кроме того, экспериментально обнаружено, что при временном перекрытии излучения стоксовых компонент в нелинейной среде коэффициент отражения возрастает. Способ характеризуется последовательностью операций лазерное излучение делят на две части, которые служат в качестве исходного излучения при формировании опорного и объектного пучков в опорном пучке часть излучения направляют на регистрирующую среду, а оставшуюся часть - на первую нелинейную среду за счет положительной обратной связи лазера и первой нелинейной среды в опорном пучке формируют дополнительно излучение, содержащее стоксовы компоненты, которые, как и исходная спектральная компонента, разрешены во времени в объектном пучке аналогичным способом, но уже с временным перекрытием спектральных компонент, формируют излучение для освещения объекта согласовывают оптические пути пучков для исходной части излучения, освещают регистрирующую среду опорным пучком, а объект - объектным и формируют в плоскости регистрирующей среды интерференционную картину (осуществляют первую экспозицию) аналогично, но уже для другой частоты, осуществляют вторую экспозицию. Сущность устройства поясняется фигурой, где 1 - лазер, 2 - схема голографирования,3 - делительный элемент, 4 - регистрирующая среда, 5 - первый взаимный вращатель плоскости поляризации, 6 - первый поляризационный элемент, 7 - вращатель плоскости поляризации, 8 - опорный канал, 9 - первая оптическая линия задержки, 10 - первая нелинейная среда, 11 - объект, 12 - второй взаимный вращатель плоскости поляризации, 13 - второй поляризационный элемент, 14 - вторая оптическая линия задержки, 15 - объектный канал,16 - вторая нелинейная среда. Устройство содержит лазер 1, оптически связанный со схемой голографирования 2,включающей в себя делительный элемент 3, оптически связанный с регистрирующей средой 4 через первый взаимный вращатель плоскости поляризации 5, первый поляризацион 3 6800 1 ный элемент 6, вращатель плоскости поляризации 7, опорный канал 8, при этом первый поляризационный элемент 6 через первую оптическую линию задержки 9 связан с первой нелинейной средой 10 делительный элемент 3 оптически связан с объектом 11, оптически связанным с регистрирующей средой 4, через второй взаимный вращатель плоскости поляризации 12, второй поляризационный элемент 13, вторую оптическую линию задержки 14, объектный канал 15, при этом второй поляризационный элемент 13 оптически связан со второй нелинейной средой 16. Принцип действия устройства состоит в следующем. Излучение лазера 1 направляют в схему голографирования 2, где при помощи делительного элемента 3 делят по составляющим поляризации на две части. Отраженная часть излучения проходит через первый взаимный вращатель плоскости поляризации 5 и попадает на первый поляризационный элемент 6. При прохождении через первый поляризационный элемент 6 часть излучения отражается и, проходя через вращатель плоскости поляризации 7 и опорный канал 8, попадает на регистрирующую среду 4. Прошедшая через первый поляризационный элемент 6 часть излучения через первую оптическую линию задержки 9 попадает на первую нелинейную среду 10 (при отсутствии первого взаимного вращателя плоскости поляризации 5 излучение не проходит через первый поляризационный элемент 6). Обращенное в первой нелинейной среде 10 излучение, представляющее собой первую стоксову компоненту,проходя через первую оптическую линию задержки 9, первый поляризационный элемент 6,первый взаимный вращатель плоскости поляризации 5 и отразившись от делительного элемента 3, попадает в лазер 1, где оно усиливается за два прохода. Усиленное в лазере 1 излучение первой стоксовой компоненты, отразившись от делительного элемента 3, проходит точно по такому же пути, что и исходное излучение лазера 1. При обращении в первой нелинейной среде 10 усиленного излучения первой стоксовой компоненты появляется вторая стоксова компонента и т.д. Таким образом, в опорном пучке формируется многочастотное излучение с временным сдвигом между спектральными составляющими, равным 2/, где- оптическая длина пути, проходимого излучением от первой нелинейной среды 10 до лазера 1 (включая оптическую длину лазера), а с - скорость света. Аналогичным образом многочастотное излучение формируют в объектном пучке. Отсутствие между лазером 1 и второй нелинейной средой 16 второй оптической линии задержки 14 позволяет сформировать многочастотное излучение с временным перекрытием его спектральных составляющих. С помощью второй оптической линии задержки 14, которая является переменной, согласовывают оптические пути опорного и объектного пучков для частоты исходного лазерного излучения и осуществляют первую экспозицию. Аналогично осуществляют вторую экспозицию с другой частотой излучения. В итоге регистрируют контурную голограмму. Делительный элемент 3 позволяет разделить исходное излучение лазера 1 в любой пропорции, а попарно первый взаимный вращатель плоскости поляризации 5 и первый поляризационный элемент 6, а также второй взаимный вращатель плоскости поляризации 12 и второй поляризационный элемент 13 обеспечивают отвод излучения с необходимой энергетикой на освещение регистрирующей среды 4 и объекта 11. Вращатель плоскости поляризации 7 необходим для совпадения направления колебаний электрического вектора в опорном и объектном пучках. В каждом из каналов формирования многочастотного излучения можно использовать также усилительные элементы, расположенные между первой оптической линией задержки 9 и первой нелинейной средой 10 и между вторым поляризационным элементом 13 и второй нелинейной средой 16 соответственно. Применялся одночастотный моноимпульсный рубиновый лазер с пассивной модуляцией добротности (раствор красителя 1044 в этаноле). В качестве делительного и поляризационных элементов использовали поляризационное зеркало с коэффициентами пропускания для ортогональных поляризаций 0,99 и 0,03, а для взаимного вращения плоскости поляризации - полуволновые кварцевые пластинки, ориентированные необходимым образом. 4 6800 1 Оптические линии задержки были образованы глухими зеркалами и обеспечивали в опорном пучке временной интервал между спектральными составляющими 50 нс, а в объектном пучке при второй экспозиции обеспечивали возможность интерферировать второй стоксовой компоненте. В качестве нелинейной среды служил ацетон. Регистрацию осуществляли на голографическую пленку ФГ-690. Межчастотный интервал при экспозициях составлял величину 9,2 ГГц. Источники информации 1. Окушко В.А. Фототермопластическая регистрация контурных голограмм с использованием обращенной волны при вынужденном рассеянии МандельштамаБриллюэна//ПТЭ, 2000. -3. - С. 107-110. 2. Заявка РБ а 19980728, 2001. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.