Исследование методов получения и интерпретации голографических и спекл-интерферограмм на основе пространственной фильтрации

“ *£ “
АННОТАЦИЯ
В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования методов формирования и интерпретации голографических и спекл-интерферограмм, получаемых на основе пространственной фильтрации малыми апертурами объектного светового поля, восстановленного с голограмм или рассеянного на двухэкспозиционных спеклограм-мах. Изучены свойства голографических интерферограмм, получаемых при фильтрации в различных областях восстановленного поля (в фурье-плоскости, в зоне дифракции Френеля, в области действительного изображения).
На основе анализа суперпозиции смещённых друг относительно друга спекл-полей исследованы закономерности локализации и рас -пределения ввдности голографических интерферограмм поступательного смещения.
Изучены особенности методов спекл-интерферометрии и голографической интерферометрии при регистрации спеклограмм и голограмм в фурье-плоскости и проведении фильтрации узким лазерным пучком. Проведён сравнительный анализ метрологических возможностей этих методов.
Проведены исследования голографического метода вычитания изображений, основанного на пространственной фильтрации в минимумах интерференционной картины, локализованной в фурье-плоскости. Проанализирована область применимости метода и показана возмож -ность его использования для качественного и количественного ис -следования изменений микрорельефа поверхности.
Исследованы тонкая структура спекл-полей и их когерентные свойства, проявляющиеся в осцилляциях ввдности и сбоях фазы интерферограмм при суперпозиции взаишо смещённых идентичных спекл-по -лей.
-
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................... О
ГЛАВА I. Анализ процессов формирования интерферограмм при фильтрации малыми апертурами восстановленного с голограммы объектного светового поля.............................. 20
1.1. Особенности голографических интерферограмм,получаемых при фильтрации объектного поля в фурье-плоскости.........................................21
1.2. Получение голографических интерферограмм путём пространственной фильтрации восстановленного поля...............................................26
1.3. Локализация и видность голографических интерферограмм поступательного смещения ..................... ^
а) Положение плоскости локализации ................ М
б) Видность интерференционных полос и глу -
бина области локализации.......................50
в) Локализация интерферограммы продольного поступательного смещения .......................... 53
1.4. Фильтрация восстановленного шля во фраун -
гоферовой зоне .................................. 56
а) Случай голограммы Френеля.......................57
б) Случай голограммы сфокусированного изображения ..........................................№
1.5. Пространственная фильтрация в области действительного изображения..................................70
Выводы к главе I .......................................76
ГЛАВА 2. Особенности голографических и спекл-интерферо-грамм, получаемых при регистрации объектного поля в фурье-плоскости ......................................... 79
2.1. Спекл-интерферограммы, получаемые при регистрации объектного поля в фурье-плоскости... 80
2.2. Голографические интерферограммы, формируе -мне путём фильтрации узким лазерным пучком двухэкспозиционных фурье-голограмм..................... 59
2.3. Сравнительный анализ чувствительностей голографической и спекл-интерферометрии при регистрации объектного поля в фурье-плос -кости.................................................. 97
Выводы к главе 2.......................................770
ГЛАВА 3. Голографическое вычитание изображений с помощью
пространственной фильтрации ........................... М2
3.1. Принципы метода ..................................779
3.2. Область применимости метода ..................... 723
3.3. Выявление изменений микрорельефа поверхности методом голографического вычитания с пространственной фильтрацией ......................... 729
Выводы к главе 3....................................../36
ГЛАВА 4. Пространственная фильтрация и эффекты когерентности световых полей в голографической и спекл-
интерферометрии ...................................... /37
4.1. Смещение спекл-поля в плоскости изображе -ния при вращении диффузно рассеивающего объекта................................................736
4.2. Закономерности локализации интерферограмм
и распределения водности интерференцион -
ных полос .......................................... №
4.3. Роль формы входного зрачка изображающей
системы.............................................797
а) Круглый зрачок................................. 757
б) Кольцеобразный зрачок.......................... 756
в) Щелевой зрачок................................. 760
г) Зрачок в виде двух параллельных щелей 769
4.4. Эффекты когерентности в спекл-интерферо -
метрии .......................................... 770
4.5. Использование кольцевой апертуры для уве -личения контраста полос и расширения пре -делов измерения продольных смещений в спекл-интерферометрии .........................................777
Выводы к главе 4 ....................................... 762
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Смещение спекл-поля при произвольном вращательном сдвиге ............................................... 769
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Представление комплексной амплитуды от -фильтрованного поля в плоскости изобра -жения объекта при его вращательном сдвиге... 787 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Исключение вклада вращательного сдвига в голографическую интерферограмму сложного смещения ........................................................ 789
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Выделение и измерение различных типов смещения при термических нагрузках объекта .... 797
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ....................................................... 799
ЛИТЕРАТУРА ........................................................203
ВВЕДЕНИЕ
Изобретение лазеров послужило толчком к интенсивному развитию оптики и многих смежных с ней дисциплин. Появились новые перспективные направления физики и техники: квантовая электроника, нелинейная и когерентная оптика, радиооптика, голография, лазерная техника и др. Развитию этих направлений придаётся большое значение во всех научно и промышленно развитых странах. На ХШ съезде КПСС в основных задачах развития естественных и технических наук на 1981-1985 годы и на период до 1990 года указывалось на необходи -мость сосредоточить усилия на развитии оптики, квантовой электроники и радиофизики [г! .
Успехи современной оптики обусловлены не только уникальными характеристиками лазеров, но и во многом достижениями радиофизики, СШ-электроники, радиолокации и радиоастрономии. Этому способствовало то обстоятельство, что обнаружилась глубокая аналогия между процессами преобразования инфоршции, осуществляемыми радиотехническими и оптическими системами [2" 5] . Наиболее ярко сходство между радиофизикой и оптикой проявляется в успешном использовании операции фурье-цреобразования для анализа процессов образования оптических изображений, в спектроскопии, голографии, оптической обработке информации. В современной оптике стали привычными такие радиофизические понятия, как оптический сигнал, модуляция, несу -щая импульсное воздействие и импульсный отклик, гетеродинирова -ние, детектирование, фильтрация и др. [2-5] . Радиофизический подход для описания оптических явлений оказался наиболее плодотворным для развития голографии.
Голография, изобретённая Д. Габором в 1948 году и возрождённая в начале шестидесятых годов благодаря исследованиям американских радиофизиков И. Лейта и Ю. Упатниекса, а также советского он -
тика Ю.Н. Денисюка, в настоящее время превратилась в развитую об-
I
ласть научных исследований с многочисленными практическими приме-, нениями. Одним из наиболее ярких её прикладных направлений является голографическая интерферометрия, основополагающие принципы которой сформулированы в 1965 году одновременно в работах нескольких групп исследователей [6"12]. Голографическая интерферометрия су -щественно расширила возможности классической интерферометрии, позволив проводить измерения на объектах, имеющих сложную форму и диффузно отражающую поверхность, а также получать интерференционные картины, образованные волнами, существовавшими в разные мо -менты времени.
Актуальность -работы. Голографическая интерферометрия в последние годы превратилась в мощный исследовательский инструмент, приносящий значительные практические результаты. Она находит применение в исследованиях плазмы, в том числе, в рамках программы термоядерного синтеза, для анализа быстро протекающих процессов, в измерении деформаций, напряжений, вибраций, в задачах неразрушающего контроля, при разработке изделий электронной техники, в меди -цинских исследованиях |/3- 191-
Развитие голографической интерферометрии, её плодотворные идеи и приёмы способствовали появлению ещё одного класса когерентных методов измерения, который основан на явлении пятнистости -спекл-эффекте, возникающем при освещении когерентным светом шероховатой поверхности объектов [20-27] . В зарубежной литературе различают два подкласса этих методов: спекл-интерферометрию и спекл-фотографию [17] . Под первым из них понимают методы, в которых реализуется когерентное сложение поля, имеющего спекл-струк-туру, с гладкой (например, плоской) опорной волной или с другим полем, имеющим спекл-структуру [19,21,27,28] . Под вторым - методы, основанные на фотографической регистрации смещения спеклов в
результате дефоршции объекта [22 - 25]. Однако и в так называемой спекл-фотографии интерференционные картины формируются в результате когерентной суперпозиции световых полей, имеющих спекл-струк-туру. Поэтому в отечественной литературе оба метода часто обозначают единым термином спекл-интерферометрия (см., например,[29-35]). Этой терминологии мы будем придерживаться и в настоящей работе. Термин спекл-структура употребляется применительно к пространст -венно-несднорсщным когерентным световым полям, образующимся при отражении лазерной волны от шероховатого объекта с высотой неоднородностей больше длины волны. Такие поля обладают гауссовой ста -тистикой и для них в настоящее время принят термин: спекл-поля [Зб]. Отдельный элемент этого поля обозначается термином: спекл (от английского speckte— пятно).
Изложению теоретических и экспериментальных основ голографической и спекл-интерферометрии и особенностей их применения для решения конкретных задач посвящено немало оригинальных статей и монографий (см. [13-19,3?-"39 ] , а также библиографию в этих работах). Тем не менее ещё не до конца выяснены как теоретические, так и экспериментальные аспекты этих методов.
Сегодня ещё не решена полностью, пожалуй, самая важная проблема голографической интерферометрии - проблема интерпретации голографических интерферограмм. В частности, появляются всё новые работы, в которых выявляются ранее неизвестные особенности таких интерферограмм. Продолжаются также исследования, связанные с по -иском новых способов описания процессов формирования голографических интерферограмм. Много внимания в работах по голографической и спекл-интерферометрии уделятся технически важной проблеме разделения информации относительно различных типов смещения объекта. Перечисленные исследования имеют актуальное значение, поскольку в конечном счёте способствуют выявлению новых возможностей этих методов и более широкому их использованию на практике.
Хотя появление методов спекл-интерферометрии во многом стимулировалось развитием голографической интерферометрии, тем не менее сложилось мнение, что они принципиально отличаются от методов голографической интерферометрии, обладают существенно другим диапазоном измерения и свободны от многих её проблем, нацример, проблемы локализации интерференционных полос [28] . Существовало даже точка зрения о том, что методом голографической интерферометрии измеряют смещения, тогда как с помощью спекл-интерферометрии измеряются непосредственно дефоршции [28]. Такая точка зрения, зачастую противопоставляющая друг другу эти методы, обусловлена, на наш взгляд внешними различиями этих методов, заключающимися в отсутствии специально сформированного опорного пучка на этапе регистрации спеклограммы*, а также особенностями процесса получения спекл-интерферограмм, для наблюдения которых применяются операции фурье-преобразования и пространственной фильтарции светового поля, рассеянного на спеклограмме.
В последнее время наметился пересмотр первоначально сложив -шихся взглядов на метод спекл-интерферометрии. Всё настойчивее проявляется тенденция сближения рассматриваемых методов измерения, что обусловлено, в частности, желанием полнее использовать преимущества каждого из них. Создаются интерферометры, сочетающие как принципы голографической интерферометрии, так и спекл-интерферометрии [43-48]. Предпринимаются попытки подойти к интерпретации голографических интерферограмм с позиций спекл-интерферометрии [48-52] . С другой стороны для расшифровки голографических интерферограмм используются приёмы, характерные для метода спекл-интерферометрии [46-48] . В частности, представляется перспективным целенаправленное перенесение операции пространственной фильтрации, являющейся стандартным приёмом при формировании спекл-интерферо-
х Термином "спеклограмш" обозначается фоточувствительная среда (например, фотопластинка) с зарегистрированной на ней спекл-структурой (см. .например, [40 - 42];.
грамм, для получения и интерпретации голографических интерферо -грамм.
Пространственная Фильтрация в голографической и спекл-штео-сЬерометрии. Пространственная фильтрация, как операция, необходимая для получения интерферограмм,вошла в практику в связи с по -явлением работ по спекл-интерферометрии [23, 27] х. В этих рабо -тах для получения и расшифровки спекл-интерферограмм было пред -лояено два способа фильтрации: первый - фильтрация в дальней зоне дифракции с помощью непрозрачного экрана с отверстием, второй--фильтрация в непосредственной близости от плоскости спеклограм-мы. Второй способ чаще всего осуществляется путём освещения двухэкспозиционной спеклограммы неразведённым лазерным пучком.
В соответствии с первым способом спеклограмму освещают плоской или сходящейся сферической волной, а фильтрацию проводят в фурье-плоскости. Спекл-интерферограмму при этом наблвдают в плоскости, оптически сопряжённой с плоскостью спеклограммы, т.е. в плоскости изображения объекта. Поэтому интерференционная картина в этом случае модулирует изображение объекта,тогда как при фильтрации неразведённым лазерным пучком интерференционные полосы модули -ругот квадрат автокорреляционной функции пространственного спектра изображения того участка поверхности объекта, в пределах ко-
блеме разделения информации об однородных и неоднородных перемещениях объекта введён в практику спекл-интерферометрии метод пространственной фильтрации вне фурье-плоскости - во френелевс-кой зоне. Поэтому, на наш взгляд, целесообразно ввделить ещё
один способ фильтрации в спекл-интерферометрии, а именно, филь-
к Следует отметить, что практически в это же время появились работы [53] , в которых пространственная фильтрация ис-
пользовалась в классических и голографических интерферометрах для контроля оптических деталей, имеющих шероховатую поверхность.
торого проводят фильтрацию В работах И.О. Клименк<
применительно к про-
трацию в зоне дифракции Френеля.
В голографической интерферометрии известно несколько методов получения и интерпретации интерферограмм, которые описаны и сис-
рый основан на определении места локализации голографической ин-терферограммы. В соответствии с этим методом для определения смещения объекта находят положение плоскости локализации интерфе-рограммы и проводят измерения расстояния от этой плоскости до изображения и величины пространственного периода наблвдаемых полос.
Другой метод, который обычно называют "методом идентичных точек" или "методом счёта полос", был предложен Александровым и Бонч-Бруевичем [58]. в этом методе интерференционные полосы наблюдают на восстановленном изображении. Для определения величины смещения изменяют направление наблюдений и подсчитывают количество полос, "пробежавших" через выбранную точку изображения объекта. Этот метод, как и предыдущий, наиболее приемлем в случае, когда полосы локализуются не на изображении объекта.
При локализации голографической интерферограммы на восста -новленном изображении или вблизи него в основном используется так называемый "метод нулевой полосы", который впервые был описан Эн-носом [59]. В этом методе необходимо наличие полосы с нулевым порядком интерференции. Для определения смещения подсчитывается количество полос между этой полосой и какой-либо точкой изображения. Тем самым определяется оптическая разность хода, вносишя смещением этой точки объекта.
Интересным методом, но, как справедливо подчёркнуто в [55]. более с теоретической, чем с практической точки зрения, является
ции сдвоенных голограмм. Он заключается в том, что интерферирующие между собой световые поля восстанавливаются с разных голограмм, на
тематизированы в работах [14 19,55, 5б] . Исторически первым яв -ляется метод, предложенный Хайнесом и Хильдебрандом кото-
кото-
компенсационный метод Абрамсона
основанный на регистра-
одной из которых записано поле, рассеянное объектом до деформации, а на другой - после. Изменяя взаимное положение голограмм, можно добиться исчезновения полос на каком-либо участке изображения и определить его смещение по перемещению голограмм.
При рассмотрении вышеописанных методов получения и интерпретации голографических интерферограмм, на первый взгляд кажется, что в голографической интерферометрии существует иное положение по сравнению со спекл-интерферометрией. Иными словами, для наблюдения голографических интерферограмм не требуется проведения специальной оптической пространственной фильтрации. В действительности же в подавляющем большинстве случаев, когда имеют дело с диффузно рассеянными полями, голографические интерферограммы непосредственно наблюдаются невооружённым глазом, который имеет ограниченную апертуру (2-8 мм). Поэтому можно говорить, что на сетчатке глаза наблюдателя формируется интерференционная картина, полученная путём фильтрации светового поля (как правило в зоне дифракции Френеля), восстановленного с голограммы. Аналогичная ситуация имеет место и при фотографировании голографических интерферограмм. Здесь роль пространственного фильтра выполняет апер -турная диафрагма объектива. При этом, во многих случаях для на -блюдения контрастных интерферограмм диаметр апертурной диафрагмы должен быть существенно малым.
Роль апертуры оптической системы, служащей для наблюдения полос, рассмотрена в ранних работах по голографической интерферометрии [58_62] и сводится к уменьшению угла конуса лучей, в пределах которого строится изображение точки поверхности объекта и, тем самым, к уменьшению вариации разности фаз интерферирующих лучей. На наш взгляд такое объяснение не является достаточно исчерпывающим и не устанавливает связь с характеристиками спекл-по-лей, в результате интерференции которых формируются полосы. С
' другой стороны в [65-65] отмечается, что область пространственной когерентности спекл-поля совпадает с размером индивидуального спекла, а в [66-69] делается предположение, что голографические интерферограммы локализуются там, где спеклы не смещаются в результате смещения объекта. Поэтому представляется перспективным дальнейшая разработка подхода, в котором устанавливается связь между опертурой наблюдательной системы, степенью пространственной когерентности спекл-поля, его смещением в результате смещения объекта и, как следствие, с контрастом голографических интерферограмм и положением области локализации.
Целенаправленное использование операции пространственной фильтрации объектного поля для получения и интерпретации голо -графических интерферограмм впервые было предложено в [70,711-Существенное развитие этого метода сделано в работах Буна [72, 73] и реализовано для практических целей в работе [74] . Кроме того, этот метод обсуждался в [14, 55,5б] . При этом, как указывают сами авторы работ [72, 73] такой подход заимствован ими из работы [22] по спекл-интерферометрии.
В упомянутых работах рассмотрен метод формирования голографических интерферограмм путём выделения малого участка действительного голографического изображения поверхности объекта и наблюдения интерференционной картины в зоне Фраунгофера. Этот метод непосредственно основан на пространственной фильтрации световых полей, но является частным случаем, в котором световое поле фильтруется в плоскости изображения объекта. Наблюдаемая интерференционная картина рассматривается как результат интерференции между двумя выделенными (отфильтрованными) участками изображения объекта, которые соответствуют первой и второй экспозициям. Иными словами, в области действительного изображения объекта путём фильтрации выделяются два пространственно смещён-
, ных друг относительно друга световых поля, суперпозиция которых наблюдается в дальнем поле дифракции. В дальнейшем этот метод получил развитие, был обобщён для различных голографических схем и применялся при решении конкретных задач [49-52,75-80].
К голографическим интерферограммам, получаемым путем целе -направленного применения пространственной фильтрации, следует также отнести интерферограммы, формируемые при освещении двух -экспозиционных голограмм узким когерентным пучком [19, 82- 85].
При этом в плоскости голограммы восстанавливаются два, в общем случае смещённых друг относительно друга, спекл-поля, суперпозиция которых наблюдается в дальней зоне. Какой тип фильтрации осуществляется в том или другом случае зависит от используемого типа голограммы: при регистрации голограммы Френеля реализуется фильтрация в зоне дифракции Френеля, голограммы Фурье - в фурье--плоскости, голограммы сфокусированного изображения или голо -граммы Денисюка, когда расстояние объект-голограмма мало в об -ласти изображения объекта. Получаемые интерферограммы наблюдаются по отношению к плоскости фильтрации (голограммы) в зоне ди -фракции Фраунгофера, в которой, в частном случае регистрации голограммы Френеля или Фурье, формируется действительное изображение объекта, промодулированное интерференционными полосами. Такие интерферограммы принято интерпретировать с позиций геомет -рической теории [19,83-85] , что на наш взгляд не позволяет вскрыть все особенности этих голографических интерферограмм, важные в связи с применением их в автоматических систетх расшифровки [83,85]. в частности, представляется перспективным с практической точки зрения обстоятельное исследование свойств гологра -фических интерферограмм, получаемых при восстановлении двухэкспозиционных фурье-голограмм малоапертурным опорным пучком.
Таким образом,в ряде случаев при получении и интерпретации
~ /V -
голографических интерферограмм применяется операция пространст -венной фильтрации восстановленного объектного поля. В основном, кроме метода Буна [?<?, 73] , эта операция используется с целью достижения высокого контраста интерферограмм и наблюдения их сов -местно с изображением исследуемого объекта. В то же время не было проведено исследований, связанных с изучением закономерностей формирования голографических интерферограмм,получаемых путём пространственной фильтрации в различных областях объектного поля.
В этой связи представляет интерес работа Хефлингера с сотр.
[86] . в которой для наблюдения голографических интерферограмм используется телецентрическая система наблюдения [87] , являющаяся по существу аналогом оптической системы пространственной фильтрации. В этой работе показано, что в частном случае освещения объекта плоской волной и наблюдения в направлении, обратном на -правлению освещения, применение такой наблюдательной системы обеспечивает нечувствительность голографических интерферограмм к поступательному смещению объекта55^. Иными словами, в [8б] фактически показано, что при определённых условиях реализуется возможность исключения вклада в голографическую интерферограмму отдельного типа смещения путём проведения пространственной фильтрации. Поэтому обстоятельное исследование закономерностей проявления этого эффекта, а также изучение условий его реализации в различных голографических схемах представляется актуальным с практической и научной точек зрения.
Цель паботы
Цель настоящей работы состояла в развитии методов и анализе процессов получения и интерпретации голографических интерферо -
Такая система наблюдения используется также для упрощения расчёта интерферограмм отражающих и фазовых объектов, поскольку она обеспечивает наблюдение или просвечивание всех точек объекта в одном направлении (см.например,(1415 19,8? £9]).
грамм, основанных на пространственной фильтрации малыми апертурами восстановленного объектного поля и выявлении новых физических особенностей и практических возможностей методов голографи -ческой и спекл-интерферометрии.
В соответствии с поставленной целью в работе проводились:
1. Теоретический анализ, направленный на представление в общем виде (на основе интегральных оптических преобразований) процессов формирования голографических и спекл-интерферограмм; вы -явление особенностей этих интерферограмм, приобретаемых при пространственной фильтрации; экспериментальные исследования, связанные с всесторонним использованием приёмов пространственной фильтрации в голографической интерферометрии.
2. Выявление характерных особенностей голографических интерферограмм, получаемых при проведении фильтрации в различных об -ластях восстановленного поля (в фурье-плоскости, в зоне дифрак -ции Френеля, в области действительного изображения); изучение условий пространственной фильтрации при регистрации голограмм в различных областях объектного поля.
3. Проведение сравнительного анализа процессов формирования голографических и спекл-интерферограмм на основе пространственной фильтрации, а также их метрологических возможностей; исследование чувствительностей методов голографической и спекл-интерферометрии для основных типов смещения объекта.
4. Установление практических достоинств методов интерпретации голографических интерферограмм, основанных на пространственной фильтрации, в частности, связанных с проблемой разделения информации относительно различных типов смещения объекта.
5. Исследование роли взаимного смещения спеклов в образовании голографических интерферограмм; исследование закономерностей локализации и изменения вццности полос в голографической и спекл-
интерферометрии в зависимости от относительного смещения интер -ферирующих спекл-полей; установление характера влияния размеров и формы апертуры наблюдательной системы на размеры области локализации и видность полос в голографической и спекл-интерферометрии.
Структура -работы
Основное содержание диссертации изложено в четырёх главах.
В первой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов формирования голографических интерферограмм на основе пространственной фильтрации малыми апертурами объектного поля, восстановленного с голограмм. Рассмотрены различные голографические схемы регистрации и особенности прове -дения операции пространственной фильтрации в этих схемах. На ос -нове анализа относительного смещения спекл-полей и их корреляционных характеристик изучены вопросы локализации интерферограмм и их ввдности.
Основные результаты исследований, изложенных в первой главе, опубликованы в [90,91].
Вторая глава посвящена исследованию свойств голографических и спекл-интерферограмм, получаемых при регистрации объектного поля в расфокусированной зоне, в частности, в фурье-плоскости. Изучение процессов формирования интерферограмм в обоих измерительных методах проводится с единых позиций. Исследованы свойства голографических интерферограмм, получаемых при фильтрации узким лазерным пучком двухэкспозиционных фурье-голограмм. Проведен сравнительный анализ метрологических возможностей методов голографической и спекл-интерферометрии. Основные результаты этих исследований опубликованы в [92].
В третьей главе рассмотрен голографический метод вычитания изображений, основанный на проведении пространственной фильтрации в минимумах локализованной интерференционной картины. Обсуждают-
-15-
ся принципы метода и возможность его использования для выявления и измерения изменений микрорельефа поверхности. Результаты этих исследований опубликованы в [9Ъ-95].
Четвертая глава посвящена изучению тонкой структуры спекл-полей и ее проявлению при формировании интерферограмм в диффузно когерентном свете. На примере вращательного сдвига исследованы закономерности локализации голографических и спекл-интерферограш и распределения видности полос в них. Исследованы эффекты когерентности световых полей, проявляющиеся в осцилляции видности интерференционных полос и их "сбое" на полпериода. Обсуждается роль входного зрачка изображающей системы (фильтрующей апертуры) гои формировании голографических и спекл-интерферограмм и регистрации двухэкспозиционных спеклограым. Результаты этих исследований опубликованы в [96-98].
В приложениях I и 2 помещены громоздкие математические выкладки.
В приложении 3 рассмотрена возможность исключения вклада вращательного сдвига объекта в голографическую иитерферограмму сложного смещения путем пространственной фильтрации объектного поля.
В приложении 4 рассмотрено применение методов пространственной фильтрации для выделения и измерения различных типов смещения объекта при его термическом нагружении. Результаты этой работы опубликованы в [99-ЮЯ].
Защищаемые., положения
I. Параметры голографических интерферограмм, получаемых путем пространственной фильтрации (с помощью малых апертур или малоапертурного лазерного пучка) существенным образом зависят от выбора пространственной области фильтрации (области френелевской и юраунгоферовой дифракции, фурье-образа, действительного изображения).
-49-
При проведении пространственной фильтрации в области локализации голографической интерферограммы какого-либо типа смещения или совокупности нескольких типов смещений объекта, получаемая в выходной плоскости интерферограмма свободна от вклада этих смещений. Этот эффект позволяет раздельно получать измерительную информацию о составляющих сложного смещения объекта в голографической интерферометрии.
2. При пространственной фильтрации в минимумах интерференционной картины, локализованной в фурье-плоскости и образованной за счет поперечного смещения голографируемой сцены, реализуется голографический способ вычитания изображений. Этот способ вычитания изображений на основе простралственной фильтрации позволяет проводить качественный и количественный анализ нарушений микрорельефа поверхности объекта.
3. Максимальная видность голографических и спекл-интерферо-грамм наблюдается в областях минимального взаимного смещения интерферирующих спекл-полей. Индивидуальные элементы спеха-поля (спеклы) имеют тонкую амплитудно-фазовую структуру, подобную структуре импульсного отклика оптической системы. Наличие этой структуры проявляется при интерференции идентичных спеха-полей
в виде осцилляции видности и сбоев фазы видности полос голографических и спекл-интерферограмм.
ГЛАВА I. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕРФЕРОГРАММ
ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ МАЛЫМИ АПЕРТУРАМИ ВОССТАНОВЛЕННОГО С ГОЛОГРАММЫ ОБЪЕКТНОГО СВЕТОВОГО ПОЛЯ
В работах И.С.Клименко с сотр. [33,34] была выявлена и развита
возможность разделения информации о деформациях и жестких смещениях объекта в спекл-интерферометрии путем пространственной фильтрации последовательно в фурье-плоскости и вне ее. Аналогичная возможность в голографической интерферометрии показана в работе
кой волной и наблюдения с помощью телецентрической системы в направлении обратном направлению освещения. На наш взгляд эта аналогия не случайна и она несомненно указывает на то, что в процессах формирования голографических и спекл-интерферограмм, в частности, в условиях разделения информации относительно различных типов смещения лежат единые закономерности. Для установления этих закономерностей в настоящей главе подобно тому,как это сделано в [34]
для спекл-интерферометрии, развивается общий подход к интерпретации голографических интерферограмм, получаемых путем пространственной фильтрации. Фильтрация проводится с помощью схем, обычно
Вместе с тем вводятся в практику голографической интерферометрии и другие схемы фильтрации, в которых учитывается возможность восстановления комплексной амплитуды объектного поля средствами голографии. На основе представления об интерференции смещенных друг относительно друга идентичных спекл-полей рассмотрены вопросы локализации и видности полос в голографической интерферометрии. В соответствии с условиями локализации интерферограмм исследованы процессы фильтрации восстановленного объектного поля.
Хефлингера
частного случая освещения объекта плос-
применяемых ДЛЯ ЭТИХ целей в спекл-интерферометрии [19,23,2е?)