§ 143. Использование голографии в оптической интерферо-

364

Гл. XV. Физические принципы оптической голографии

Например, интерференция света широко используется для тща-

тельного контроля геометрической формы различных тел, каче-

ства обработки их поверхности, малых изменений формы или

поверхности под действием тех или иных внешних воздействий:

механических напряжений, нагрева и др.

Однако в обычной оптической интерферометрии изучаемый

объект сравнивается со специально изготовленным эталоном,

причем поверхности как объекта исследования, так и эталона

должны быть очень тщательно обработаны.

Голография может быть применена в интерференционном ис-

следовании, например, деформаций тела произвольной формы

и с произвольным качеством обработки поверхности.

Вернемся к рис. 283, на котором приведена схема голографи-

рования объектов произвольной формы. Пусть мы желаем, при-

влекая голографию, исследовать интерференционным методом

небольшие деформации объекта, возникающие под действием

каких-либо причин.

Экспонируем голографическую пластинку, освещая объект

до того, как он испытал деформации. Не смещая пластинку

и не проявляя ее, прервем освещение объекта на произвольный

промежуток времени. Во время перерыва деформируем объект,

не изменяя, однако, его положения в голографической установ-

ке. Вновь осветим теперь уже деформированный объект и еще

раз экспонируем голографическую пластинку. Закончив вторую

экспозицию, фотопластинку проявим и отфиксируем обычным

способом.

В результате на пластинке окажутся зарегистрированными

две голограммы, полученные с одной и той же опорной вол-

ной. Первой будет голограмма недеформированного объекта, вто-

рой — деформированного. Как подчеркивалось выше, запись

двух или нескольких голограмм на одной фотопластинке вполне

допустима, в отличие от фиксации нескольких перекрывающихся

оптических изображений на обычной фотопластинке.

Восстановление изображений недеформированного и дефор-

мированного объекта с помощью «двойной» голограммы осу-

ществляется по схеме, показанной на рис. 286. Как было объ-

яснено раньше, полную амплитудную и фазовую информацию

несут лишь световые пучки 3 и 4, которые мы и будем рассмат-

ривать.

Поскольку в данном случае просвечивается «двойная» голо-

грамма, за ней возникнут два волновых поля 3 и 3



и два волно-

вых поля 4 и 4



. Одно из каждой пары этих полей соответствует

недеформированному объекту, другое — деформированному.

Гл. XV. Физические принципы оптической голографии

365

Так как обе интересующие нас пары волновых полей образу-

ются в результате просвечивания голограммы одним простран-

ственно когерентным световым пучком, волновые поля каждой

пары могут интерферировать между собой и давать стационар-

ную интерференционную картину. Но волновое поле 3 отлича-

ется от волнового поля 3



(так же как поле 4 от поля 4



) тем,

что между их голографической записью объект был деформиро-

ван. Следовательно, при просвечивании «двойной» голограммы

суперпозиция полей 3 и 3



и полей 4 и 4



даст на действительном

и мнимом изображениях объекта интерференционную картину,

выявляющую его деформации.

Существенно, что при таком способе эталоном для сравнения

деформированного объекта служит не специально приготовлен-

ная с оптической точностью обработанная поверхность, а сам

объект.

Таким образом, метод голографической интерферометрии

неизмеримо расширяет возможности интерференционных опти-

ческих наблюдений и измерений, в частности, как мы отмечали,

позволяет исследовать деформации объектов произвольной фор-

мы и с произвольным качеством поверхности, а также деталей,

никак специально для этого не подготовленных.

Рис. 291. Изображение деформированного шарикового подшипника

На рис. 291 показано изображение шарикового подшипника,

сжатого в кулачках патрона токарного станка. Оно получено

в результате просвечивания «двойной» голограммы, которая за-

писывалась сначала до, а затем после возникновения дефор-

маций в объекте. Интерференционные полосы на поверхности

подшипника выявляют распределение этих деформаций.

Голографическая интерференция широко применяется для

целей неразрушающего контроля. Можно, например, выявлять

366

Гл. XV. Физические принципы оптической голографии

раковины и слабые места сварки в стенках полых сосудов. Для

этого нагревают воздух внутри сосуда, что вызывает расширение

его стенок, причем участки с различной теплопроводностью рас-

ширяются по-разному. Картина интерференционных полос позво-

ляет обнаруживать места, в которых теплопроводность отлична

от нормальной. Аналогично этому испытывают сосуды под дав-

лением: ослабленным местам будут соответствовать более частые

интерференционные полосы.

Возможно использование голографической интерференции

и для контроля качества автомобильных шин по деформации

их поверхности при небольшом изменении давления (рис. 292).

На ослабленные места указывают области высокой концентрации

интерференционных полос (отмечены стрелками). На рисунке

приведены восстановленные изображения шины в двух проек-

циях.

Рис. 292. Изображение дефектной автомобильной шины (в двух проек-

циях)

Голографический метод применяется также для исследования

колебательных процессов. В этом случае обычным способом

снимают голограмму колеблющейся поверхности, например, мем-

браны, причем продолжительность экспонирования голограммы

значительно превосходит период колебания мембраны. Таким

образом, в течение экспозиции колеблющаяся поверхность мно-

гократно проходит все положения, заключенные между двумя

крайними. Однако большую часть времени мембрана находится

в крайних положениях, поскольку при максимальном отклонении

от положения равновесия скорость ее движения минимальна.

Гл. XV. Физические принципы оптической голографии

367

Рис. 293. Изображение колеблющейся мембраны

Полученную усредненную по времени голограмму можно

рассматривать в качестве двухэкспозиционной. С ее помощью

так же, как и в методе двух экспозиций, наблюдаются ин-

терференционные полосы, позволяющие рассчитать амплитуду

колебаний различных точек мембраны. Изображение мембраны,

восстановленное с подобной голограммы, приведено на рис. 293.

Рис. 294. Изображение ударных волн, создаваемых летящей пулей

Метод двух экспозиций с применением лазеров, дающих

мощные кратковременные импульсы света, с большим успехом

был применен для интерферометрии быстропротекающих про-

цессов. На рис. 294 приведено изображение летящей пули, по-

лученное с помощью двухэкспозиционной голограммы. Видны

интерференционные полосы в области ударной волны.

Г л а в а XVI.

жүктеу/скачать 6,71 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: