Голография в матричных фазовых модуляторах света

Тип работы:
Дипломная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Оглавление

  • Введение
  • 1. Голография в матричных фазовых модуляторах света
  • 2. Аналоговый метод асимметризации профиля интерференционной картины в интерферометре Майкельсона
  • 3. Прототип истинно трехмерной голографической дисплейной системы
  • 4. Повышение чувствительности интерференционных измерений методом перезаписи голограмм
  • 5. Повышение чувствительности измерений аномальной дисперсии методом крюков Рождественского
  • Заключение
  • Список используемой литературы

Введение

Способность точно воспроизводить амплитуду и фазу световых волн, которую даёт голография, позволяет выйти за пределы возможностей линзовых и зеркальных оптических систем. И такой функционал среди современных оптических компонентов могут предложить матричные фазовые модуляторы света [1]. В настоящей работе были проведены экспериментальные исследования возможностей применения фазовых модуляторов света при решении таких прикладных задач, как асимметризация профиля интерференционной картины, построение прототипа трехмерного голографического дисплея и повышение чувствительности интерференционных измерений методом перезаписи голограмм.

голография матричный фазовый модулятор

1. Голография в матричных фазовых модуляторах света

Фазовые модуляторы света, способные работать в режиме реального времени, востребованы в различных областях и могут выполнять различные функции. В настоящее время они используются как оптические элементы, направляющие свет элементы, элементы схем обработки, распознавания и передачи оптической информации, а также в голографических схемах.

В настоящей работе ключевым элементом экспериментальных установок являлся электрически адресуемый фазовый модулятор света фирмы Holoeye [2], основанный на технологии жидких кристаллов (далее ЖК). Как средство модуляции фазы света, ЖК модуляторы представляют собой двулучепреломляющий материал с высокой чувствительностью. Конструктивно данный фазовый модулятор света представляет собой жидкокристаллическую матрицу и совокупность электронных компонентов, управляемых от компьютера и обеспечивающих, в свою очередь, управление свойствами элементов матрицы. Принцип работы ЖК фазового модулятора света показан на Рис. 1. При подаче на электроды модулятора питания частицы приобретают определённую ориентацию, обеспечивая модуляцию оптических свойств слоя ЖК.

Рис. 1. Принцип работы ЖК фазового модулятора света

Компьютер рассчитывает для изображения голографическую интерференционную картину, что затем используется для установки оптических свойств ЖК ПМС. Дифракция света на модуляторе аналогична воспроизведению голограммы и приводит к получению необходимого волнового фронта.

Установка подобного элемента на пути пучка света позволяет управлять его пространственным распределением. Кроме того, эффекты, возникающие при неизбежном дифрагировании света на пикселях матрицы, имеющих размер примерно 5−10 л (см. Таблицу 1) позволяют использовать модулятор в качестве голографического элемента и воссоздавать изображение в дальнем поле дифракции. Включение в оптическую схему программно-управляемого ЖК ПМС позволяет также вывести оптическую систему на новый уровень — компьютерной генерации голограмм (КГГ.).

По сравнению с традиционными подходами, применяемыми в голографии, подход КГГ:

• не нуждается в специальных материалах для записи голограмм;

• может синтезировать оптические волновые фронты без потребности фиксации их физического проявления — например, можно генерировать 3D-изображения несуществующих объектов;

• обеспечивается небывалое управление волновым фронтом за счет возможностей простого хранения, манипулирования, передачи и репликации голографических данных.

Вышеописанные свойства фазовых модуляторов света представляют интерес в решении многих задач современной науки и техники, некоторые из которых приведены в настоящей работе.

Используемый в настоящей работе электрически адресуемый жидкокристаллический пространственный модулятор света (ЭАЖКПМС) и его характеристики представлены на Рис. 2 и Таблице 1, соответственно.

Рис. 2. ЭАЖКПМС LC-2002 от Holoeye

Таблица 1. Параметры модулятора LC-2002

Разре-шение

Размер пикселя

Рабочая площадь

Размер матрицы

Тоновое разреше-ние

Формат сигнала

Частота обновления

800×600

32 мкм

55,00%

21×26 мм

8 бит (256 знач.)

VGA — SVGA

60 Гц

2. Аналоговый метод асимметризации профиля интерференционной картины в интерферометре Майкельсона

Область поставленной задачи

Задача асимметризации профиля штриха интерференционной картины возникает в связи с проблемой ограниченной дифракционной эффективности тонких динамических голограмм, используемых для коррекции оптических искажений [3] и при решении ряда других прикладных задач. Известно, что дифракционная эффективность (ДЭ) в ±1 порядки для тонких фазовых голограмм с симметричным профилем штриха не может превышать 33% для синусоидального и 40% для прямоугольного профиля. В то же время замена его на асимметричный профиль, состоящий из прямоугольных треугольников (пилообразный), позволяет повысить ДЭ вплоть до 100%.

Аналоговый подход основан на применении оптической обратной связи. В данном эксперименте такая нелинейная схема интерферометра была реализована с помощью электрически адресуемого жидкокристаллического пространственного модулятора света (ЭА ЖК ПМС).

Аналоговый метод асимметризации основан на применении схемы с обратной оптической связью (ООС) и наличии в схеме эксперимента управляемого устройства, способного менять фазу поступающих на него световых волн.

Схема основана на том, что один из пучков, образующих исследуемую интерференционную картину, до интерференции с другим пучком пропускается через ЖК модулятор, в котором формируется дополнительный к разности хода волновых фронтов интерферирующих волн профиль набега фазы.

Этот метод был предложен и исследован теоретически в работе [4] и численное моделирование показало, что фазовый профиль записывающих волн (картины их интерференции, модели динамической голограммы) за время, соответствующее двум-четырём циклам обновления картины, превращается в пилообразный, а эффективность дифракции в +1 или — 1 порядок достигает 100% (шумы и помехи не учитывались).

Схема установки для проведения эксперимента

Рис. 3. Схема экспериментальной установки № 2.1 — He-Ne лазер; 2 — коллиматор; 3 — светоделительный кубик; 4 — зеркало; 5 — линза; 6 — ЭА ЖК ПМС; 7 — юстировочное зеркало; ПЗС — ПЗС камера; ПК — персональный компьютер.

Излучение Не-Nе-лазера 1 (= 0,633 мкм) расширялось телескопом 3 и коллиматором 3 и направлялось в интерферометр Майкельсона, образованный светоделительным кубиком 4, плоским зеркалом 5 и юстировочным зеркалом 8. В одном из плеч интерферометра установлен ЭА ЖК ПМС Holoeye-SLM-LC-2002. Параметры такого модулятора (подробнее см. [2]) обеспечивают оптически управляемую модуляцию оптической толщины слоя ЖК в пределах 2 (0. 532 мкм) на длине волны Не-Nе лазера с разрешением 800×600 пикселей.

Световые пучки, отраженные зеркалом 5 и юстировочным зеркалом 8, сводились под небольшим углом и интерферировали на ПЗС-матрице (апертура 8 мм) ПЗС-камеры. При этом с помощью линзы 6 на матрице строилось изображение плоскостей зеркала 5 и окна модулятора 7.

Период интерференционной картины с помощью юстировочного зеркала менялся в разных сериях экспериментов от 0.5 до 2 мм, т. е. на апертуре ПЗС-матрицы умещалось 4−16 периодов интерференционной картины.

При использовании ЖК-модуляции в схеме с оптической обратной связью также наблюдается ассиметричный профиль интерференционной структуры. На рис. 9 изображен наиболее яркий пример асимметризации, который удалось получить.

Результаты эксперимента

Рис. 4. Примеры интерференционных картин.

а и б — до и после включения ЭА ЖК ПМС в начальное время работы модулятора; в и г — до и после включения ЭА ЖК ПМС по истечении 20 минут работы модулятора.

Для более выраженного асимметричного профиля необходимо очень точное пространственное совмещение картины интерференции и подаваемого на модулятор изображения и более совершенная фильтрация шумов и помех. Дифракционную эффективность полученных в результате применения аналогового метода асимметризации интерферограмм можно оценить на уровне 65−70%.

3. Прототип истинно трехмерной голографической дисплейной системы

Область поставленной задачи

Цифровые голографические дисплеи представляют собой пиксельные устройства, с помощью которых возможно воспроизводить голографические изображения на видео-частотах. Для построения таких устройств могут использоваться пространственные модуляторы света (ПМС), способные реализовать как фазовую, так и амплитудную модуляции падающего света в каждом пиксельном элементе, но возможно реализовать голографические дисплеи и на коммерчески более доступных только амплитудных или только фазовых модуляторах света.

Задача построения голографического дисплея, способного воспроизводить трехмерные изображения реальных или смоделированных объектов имеет на данный момент уже достаточно сильную как теоретическую, так и экспериментальную базу, немаловажную роль в построении которой сыграли появившиеся на рынке управляемые компьютером жидкокристаллические матричные фазовые модуляторы света [5, 6]. Такие элементы, а в частности, используемый в настоящей работе модулятор LC-2002 фирмы Holoeye, позволяют легко записывать и воспроизводить тонкие фазовые голограммы.

О рабочих прототипах голографических дисплейных устройств различных конфигураций уже было написано множество работ. Размеры и разрешение используемых для построения таких прототипов ПМС сильно сказывается на качестве воспроизводимого трехмерного изображения. Порядок пространственной частоты может служить хорошим численным показателем при оценке качества таких устройств. Для стационарного наблюдателя достаточно средних значений пространственной частоты, но при проектировании дисплея, ориентированного на наблюдателя, имеющего поступательные и вращательные степени свободы, требования к пространственной частоте резко возрастает.

При оптимизации голографического дисплея на практике приходится учитывать свойства человеческого глаза, в частности ограниченный размер зрачка и его положение относительно дисплея. В настоящее работе производились эксперименты по проявлению компьютерно генерированных голограмм, рассчитанных с учетом свойств человеческого глаза и предоставленных партнером по развитию данной тематики (Санкт-Петербургским центром исследований компании Intel).

Схема установки для проведения эксперимента

Рис. 5. Схема прототипа голографического дисплея на He-Ne лазере:

1 — He-Ne лазер; 2 — коллиматор; 3 — мнимое изображение;

4 — ЭА ЖК ПМС; 5 — объектив с диафрагмой; ПЗС — ПЗС камера;

ПК — персональный компьютер.

Схема установки представлена на Рис. 5. Ключевым элементом схемы является ЭАЖКПМС 4 пропускающего типа LC-2002 фирмы Holoeye, который освещался излучением He-Ne лазера 1 (633 nm). С компьютерно-генерированной голограммы, передаваемой с персонального компьютера на модулятор, восстанавливалось мнимое изображение 3, которое было возможно наблюдать невооруженным глазом с расстояния ~1500 мм от изображения. В целях регистрации изображения использовалась высококачественная профессиональная цифровая камера с регулируемым размером диафрагмы.

Структура голограммы была рассчитана в соответствии с апертурой зрачка человеческого глаза. Таким образом, с любой точки наблюдения зрачок выполнял функцию полевой диафрагмы.

Результаты эксперимента

Рис. 6. Изображения с тестовых голограмм

Для начальной настройки установки использовались тестовые голограммы, поставляемые в комплекте с модулятором. Записанные с помощью камеры примеры восстановленных с таких голограмм изображений показаны на Рис. 6.

На Рис. 7 показаны результаты проявления голограмм, предоставленных партнером. Приведенные изображения наглядно демонстрируют зависимость зашумленности изображения от размера диафрагмы.

Как видно, наименее зашумленное изображение получено при размере диафрагмы, наиболее бликом к расчетному (фокальное расстояние объектива 170 мм).

Рис. 7. Зависимость зашумленности изображения от размера диафрагмы:

Проявленные изображения были зарегистрированы несколькими наблюдателями. Приведенные в настоящем материале снимки уступают по качеству наблюдаемым невооруженным глазом изображениям.

В результате эксперимента показана возможность успешного использования технологий ЖК ПМС при построении голографических трехмерных дисплеев, а также прошел успешное тестирование алгоритм расчета компьютерно-генерированных голограмм, разработанный представителями фирмы Intel. В ближайшем будущем планируется развитие данного эксперимента в сторону построения более сложного прототипа с использованием более совершенного модулятора, имеющего лучшее разрешение и меньший размер пикселя.

4. Повышение чувствительности интерференционных измерений методом перезаписи голограмм

Область поставленной задачи

Методы голографической интерферометрии с увеличением чувствительности измерений позволяют исследовать малые фазовые неоднородности прозрачных сред [7] и топографию отражающих поверхностей при малых отклонениях отраженного волнового фронта от плоского [8]. В обоих случаях эти отклонения составляют сотые и десятые доли интерференционной полосы.

Идейной базой данного проекта послужили работы И. С. Зейликовича, В. И. Короткова, А. М. Ляликова, С. А. Пулькина и др. по исследованию и разработке возможностей повышения чувствительности интерференционных измерений [6−12] и применению таких методов для измерения объектов в субмикронном диапазоне.

На данный момент голографические методы повышения чувствительности интерферометрических измерения уже были успешно использованы в работах, реализующих передачу единицы длины от государственного эталона длины в субмикронный и нанометровый диапазоны [6]. В статьях [7, 10] был описан метод прецизионного измерения периода дифракционных решёток до 3600 штрихов/мм с помощью лазерного дифрактометра. В настоящей работе используется голограмма наноступени на кремниевой подложке, полученная в лазерном микроинтерферометре (ЛМИ). В ЛМИ используется оптическая схема, подобная оптической схеме лазерного дифрактометра, описанного в [7, 10], но вместо измеряемой дифракционной решетки установлена измеряемая ступень, а в качестве приёмника излучения вместо ПЗС-линейки используется ПЗС-камера. Схема ЛМИ для записи голограммы объекта представлена на Рис. 1.

Схема установки для проведения эксперимента

Схема представляет собой интерферометр Тваймана-Грина. Монохроматическое излучение He-Ne лазера проходит через телескопическую систему 2 и диафрагму 5, таким образом, объект 7 освещается плоским волновым фронтом. Образцом служила мера высоты ступени 70 нм, которая помещалась в одно плечо интерферометра перпендикулярно лазерному лучу. Во второе плечо устанавливалось зеркало 6. Все измерения проводились со слегка заклоненным зеркалом 6 для получения интерференционной картины полос равной толщины в поле зрения микроскопа. Дополнительно к схеме Тваймана-Грина, между светоделительным кубиком 5 и микроскопом для сведения пучков помещались два объектива 8, в сопряженные фокальные плоскости которых была установлена диафрагма 9. Такая оптическая схема позволяет направлять световые пучки под относительно большими углами, изменять и оптимизировать число линий на интерференционной картине. На структуре длиной 100 мкм помещается около 20−30 интерференционных линий. Интерференционная картина регистрировалась ПЗС-камерой (736×572 пикселя).

Рис. 8. Схема записи голограмм малых неоднородностей.

1 — He-Ne лазер; 2 — телескоп; 3 — опорное зеркало; 4 — диафрагма; 5 — светоделительный кубик; 6 — опорное зеркало; 7 — объект; 8 — объективы; 9 — диафрагма

Комплексные амплитуды световых волн, записывающих голограмму объекта 7, отображающуюся на ПЗС-камере, будут иметь вид:

где — плоскость, перпендикулярная плоскости распространения света; - действительные амплитуды объектной и опорной волн; - пространственная частота опорной волны; - угол между направлением распространения опорной волны и осью; - длина волны источника света; и — искажения фаз световых волн, обусловленные аберрациями оптической системы; - изменение фазы объектной волны на объекте.

На Рис. 2. приведено изображение интерферограммы (голограмма), полученное на ПЗС-камере.

Рис. 9. Голограмма ступени

Вторым этапом является повышение чувствительности измерений. Развернутый обзор голографических методов регулировки чувствительности интерференционных измерений и некоторых примеров их применения при анализе прозрачных сред проведен в работе [11]. Среди обсуждаемых в работе [11] методов хотелось бы выделить метод перезаписи голограмм, развитием которого и является настоящая работа.

Рис. 10. Схема перезаписи голограмм малых неоднородностей.

1 — He-Ne лазер; 2 — телескоп; 3 — интерферометр Маха-Цендера;

4 — голограмма; 5 — объектив; 6 — фильтрующая диафрагма

На Рис. 3 изображена схема для перезаписи голограмм, позволяющая увеличить чувствительность измерений. Схема представляет собой интерферометр Маха-Цендера. Монохроматическое излучение He-Ne лазера 1 проходит через расширяющий диаметр пучка телескоп 2 и попадает в интерферометр 3 Маха-Цендера, где волна разделяется на два луча, которые затем вновь сводятся воедино и интерферируют. Комплексные амплитуды волн на выходе интерферометра можно представить как:

где — плоскость, перпендикулярная плоскости распространения света; - действительные амплитуды объектной и опорной волн; и — составляющие пространственных частот волн, определяющие из направление распространения, в общем случае выражающиеся как; и — углы между направлением распространения i-ой волны и осями и; - длина волны источника света; и — искажения фаз световых волн, обусловленные аберрациями интерферометра; - изменение фазы объектной волны на объекте.

Голограмма 4 (физически реализованная печатью на прозрачной полимерной структуре) освещается волнами и под определенными углами, в результате чего в фокальной плоскости первого из объективов 5 наблюдается две (от каждой из волн) картины дифракции. Диафрагма 6, установленная в фокальной плоскости первого из объективов 5, имеет два отверстия.

При перезаписи голограммы направляют освещающие волны и на голограмму так, чтобы волны, дифрагировавшие в +n-й и ?n-й порядки, распространялись под некоторым углом друг к другу, а их максимумы в плоскости диафрагмы 4 попадали каждый в свое отверстие. Таким образом, расстояние между отверстиями задает несущую частоту полос, получающихся в результате вторичной интерференции сопряженных порядков, которая сопровождается удвоением фазового набега. Комплексные амплитуды волн, распространяющихся при освещении голограммы 4 волнами и, можно представить в виде ряда Фурье в комплексной форме:

Второй из объективов 5 проецирует прошедшие через отверстия волны на ПЗС-матрицу камеры. В плоскости ПЗС-камеры их комплексные амплитуды в экспоненциальном виде можно представить как:

Таким образом, в плоскости ПЗС-камеры волны и образуют интерференционную картину:

.

Под чувствительностью голографического интерференционного метода понимается отношение деформации волнового фронта, восстановленного с голограммы, к деформации волнового фронта, прошедшего изучаемый объект. В результате, можно заключить, что при использовании вышеописанного метода перезаписи голограммы объекта чувствительность измерения повышена в 2n раз, где n - порядок дифракции волн на освещаемой голограмме. Пример вторичной голограммы приведен на Рис. 9.

Рис. 4. Вторичная голограмма с увеличенной в 2 раза чувствительностью

Перейдем к пояснению непосредственной оригинальности настоящей работы, которая заключается в применении в схеме перезаписи электрически адресуемого (ЭА) ЖК ПМС (см. Рис. 5).

Рис. 11. Схема перезаписи с ЭА ЖК ПМС.

1 — He-Ne лазер; 2 — телескоп; 3 — интерферометр Маха-Цендера;

4 — голограмма; 5 — объектив; 6 — фильтрующая диафрагма

Элементы схемы, приведенной на Рис. 10, аналогичны элементам схемы с Рис. 8, за исключением физической реализации голограммы, которую предлагается реализовать с помощью ЭА ЖК ПМС, подключенного к компьютеру. Такой способ физической реализации голограммы позволяет вывести систему на новый технический уровень.

Результаты эксперимента

В первой фазе эксперимента производится запись фоторегистрирующей средой (ПЗС-камера, Рис. 11) интерференционной голограммы с образца, представляющего собой прозрачную плоскопараллельную пластинку с прямоугольным выступом в виде ступеньки. При проведении эксперимента, описываемого данной работой, в первой фазе вместо полупрозрачной пластины со ступенькой использовалась голограмма хорошего качества на фотоплёнке (Рис. 12) и искусственно смоделированное цифровое изображение (Рис. 13), подаваемое на дисплей модулятора. Голограммы размещались в одном из плеч интерферометра 3 (см. Рис. 11).

Рис. 12. Опыт по перезаписи голограммы с фотоплёнки:

а — фотография голограммы на плёнке; б — перезаписанная голограмма с увеличением чувствительности в 3 раза

Рис. 13. Опыт по перезаписи цифрового изображения:

а — моделированное изображение, сдвиг фазы Дц? 0,38 рад; б-перезаписанная голограмма с увеличением чувствительности в 5 раз, сдвиг фазы Дц? 1,92 рад; в-перезаписанная дважды голограмма с увеличением чувствительности в 8 раз, сдвиг фазы Дц? 3,08 рад

Следует отметить, что возможна перезапись интерференционной голограммы одним пучком, однако это требует наличие двух отверстий в непрозрачном экране пространственного фильтра на заранее чётко определённом расстоянии друг от друга [13]. Реализация этого условия сложнее, чем совмещение изображений от двух пучков, но можно использовать систему из двух щелей, направленных под углом друг к другу, таких, чтобы перемещение пространственного фильтра по вертикальной оси способствовало изменению расстояния между щелями на прямой, содержащей в себе точки фокусировки пучков разных порядков дифракции.

Использование компьютерной системы в качестве контроллера и информационного канала между записывающим устройством (ПЗС-камерой) и воспроизводящим устройством (ЭА ЖК ПМС) дает возможность реализации раскрытого метода с большими точностью и скоростью. Стоит отметить и возможность дистанционного динамического повышения чувствительности самых разнообразных систем. Физическая реализация голограмм с помощью ЭА ЖК ПМС, более технологична, чем другие ранее известные методы реализации.

У раскрытого метода имеются ограничения, связанные с пределом пикселизации голограмм, аберрациями оптической системы записи и перезаписи, шумами. Пиксельный предел может быть частично преодолен путем использования технически более совершенной аппаратуры, а именно ПЗС-камеры с большим разрешением и соответствующего модулятора. Что же касается аберрационных и шумовых ограничений, на дальнейших этапах настоящего проекта планируется реализовать техническое решение указанных проблем. Более подробно об устранении аберраций в описанном типе голографических интерференционных систем можно прочесть в [11−15].

5. Повышение чувствительности измерений аномальной дисперсии методом крюков Рождественского

Область поставленной задачи

Изучение зависимости показателя преломления от длины волны в окрестностях линий поглощения даёт возможность получить много ценных сведений об исследуемой среде.

Для количественных измерений в этой области Д. С. Рождественский предложил в одно из плеч интерферометра вводить наряду с парами исследуемого вещества плоскопараллельную пластинку из стекла или другого прозрачного однородного вещества (см. Рис. 14).

Рис. 14. Установка для измерения показателя преломления методом крюков Рождественского

Интерференционные полосы при этом образуют в близи линии поглощения максимумы и минимумы, названные Д. С. Рождественским крюками. По расстоянию между вершинами крюков разработанный метод позволяет определить производную показателя преломления исследуемого пара по длине волны для тех длин волн, в которых образуются крюки.

Несмотря на высокую чувствительность таких интерференционных измерений, часто на практике приходится сталкиваться с задачами диагностики, когда для удовлетворительной обработки интерферограммы количество интерференционных полос или их сдвиг недостаточны [16]. В этом случае обычно используют методы повышения чувствительности измерений. Методы повышения чувствительности измерений использовались при исследовании газовых потоков около моделей в аэродинамических трубах и баллистических трассах при низких давлениях, разреженных потоков в ударных трубах, для контроля точных концевых мер и малых отклонений от плоскостности, а также в интерференционной спектроскопии.

Известные методы повышения чувствительности измерений при оптической обработке голограмм основаны или на восстановлении волнового фронта в высших порядках дифракции, или на перезаписи голограмм с фильтрацией пространственных частот. Последние методы позволяют достичь более высокой чувствительности измерений. Перезапись голограмм может производиться одним или двумя пучками света. Если во втором случае перезапись голограмм может осуществляться только в когерентном свете, то при перезаписи одним пучком требования к когерентности источника существенно снижаются и, следовательно, улучшается качество перезаписанных голограмм из-за уменьшения когерентных шумов.

Схема установок для проведения эксперимента

Опыт записи интерференционной голограммы со спектроинтерферограммы дублета натрия аналогичен перезаписи интерференционных голограмм со ступенькой, однако в этом случае для воссоздания наклона интерференционных полос как от плоскопараллельной пластинки в оригинальном опыте Д. С. Рождественского требуется развести пучки от подвижного и неподвижного плеч интерферометра по вертикали. Диафрагма с точечным отверстием для данной цели не пригодна, поэтому на данном этапе работы она была заменена щелью от спектрометра.

Структура спектроинтерферограммы (Рис. 15, а) отлична от периодических полос интерференционных голограмм со ступенькой. Из-за этого в фурье-образе спектроинтерферограммы на диафрагме невозможно различить пятна, относящиеся к разным порядкам. Это усложняет настройку положения диафрагмы со щелью 6 (см. Рис. 11) и выходного светоделительного кубика интерферометра 3, определяющего положение второго пучка излучения. Первоначальная настройка производилась при установке в позицию 4 спектрограммы на фотоплёнке, после чего фотоплёнка была заменена модулятором, на дисплей которого выводилось аналогичное изображение.

Результаты эксперимента

Результаты эксперимента представлены на Рис. 15.

Рис. 15. Перезаписанные голограммы с крюками Рождественского:

а — исходное изобрежение спектроинтерферограммы дублета натрия;

б — со спектрограммы, записанной на фотоплёнке;

в — со спектрограммы, воссозданной на дисплее ПМС

По результатам данного эксперимента:

показана принципиальная возможность качественной замены фотоплёночного носителя голографической интерферограммы на жидкокристаллический дисплей ПМС с компьютерным управлением;

показана принципиальная возможность визуализации крюков Рождественского при помощи записи интерференционной голограммы с цифровой спектроинтерферограммы на матричном жидкокристаллическом дисплее ПМС.

Первоочерёдной задачей дальнейших исследований по увеличению чувствительности интерференционных измерений малых неоднородностей при помощи компьютерной голографии с использованием жидкокристаллического пространственного модулятора света является обновление элементной базы с целью увеличения качества характеристик пучка лазерного излучения (в т. ч. однородности поля засветки), а так же включения в оптическую схему элементов и устройств, способных дополнительно снизить количество искажений на записываемой голографической интерферограмме.

Так же требуется изучить возможность автоматизирования переноса изображения с ПЗС-матрицы на дисплей ПМС с целью ускорения процесса многократной перезаписи голографической интерферограммы с увеличением чувствительности на каждом шаге. Развитием автоматизации должно послужить создание обратной связи в режиме реального времени для фиксирования быстро протекающий малых искажений волнового фронта, что может быть полезно для исследований процессов в газообразных средах.

Следует отдельно рассмотреть метод пространственной фильтрации дифрагировавших на интерференционной голограмме пучков. Исследование возможности использования двух отверстий в пространственном фильтре для перезаписи голограмм одним или двумя пучками потенциально перспективно.

Заключение

Проведенные эксперименты показали возможность успешного применения фазовых матричных модуляторов света при решении целого ряда прикладных задач, касающихся записи и воспроизведения голограмм как в статическом, так и в динамическом режимах. Учитывая интеграцию голографических технологий во многие сферы применения [17], использование матричных модуляторов света — как фазовых, так и амплитудных и амплитудно-фазовых, видится очень перспективным направлением.

Список используемой литературы

1. S Mias and H Camon, «A review of active optical devices: II. Phase modulation», Journal of Micromechanics and Microengineering, 2008, 18 (8)

2. HOLOEYE Official Website http: //www. holoeye. com/spatial_light_modulators-technology. html

3. Васильев М. В., Венедиктов В. Ю., Лещев А. А., «Телескопические системы с динамической нелинейно-оптической коррекцией искажений», Квантовая Электроника, 2001. Т. 31, 1

4. Беренберг.В.А., Венедиктов В. Ю., «Формирование тонких динамических голографических решеток с дифракционной эффективностью, близкой к 100%, в оптической системе с обратной связью», Оптический журнал, 2001, 68, 34

5. T. J. Naughton, T. Kreis, L. Onural, P. Ferraro,"Processing of optically-captured digital holograms for three-dimensional display", SPIE Proceedings, 2009, 7329 (7329A), 1−11

6. Onural, L; Yaraє, F; Kang, H, «Digital Holographic Three-Dimensional Video Displays», Proceedings of the IEEE, 2011, 99 (4), 576−589

7. Л. Ф. Витушкин, И. С. Зейликович, В. И. Коротков, С. А. Пулькин, «Высокоточные измерения периода дифракционных решёток интерференционным дифрактометром и исследование качества дифракционных решёток», Оптика и спектроскопия, 1994, 77, 1, 145−151

8. Белозеров А. Ф., «Голографическая интерферометрия фазовых объектов», Материалы II всесоюзной школы по голографии. Л.: Лияф, 1971, 109−138

9. Королев А. Н., Коротков В. И., Лукин А. Я., «Измерение высоты ступени в нанометровом диапазоне с помощью лазерного микроинтерферометра», Измерительная техника, 2005 (4), 9−33

10. V.I. Korotkov, S. A. Pulkin, A. L. Vitushkin, L. F. Vitushkin, «Laser interferometric diffractometry for measurements of diffraction grating spacing», Applied Optics, 1996, vol. 35 (24), 4782−4786

11. Зейликович И С, Ляликов, А М «Голографические методы регулировки чувствительности интерференционных измерений при диагностике прозрачных сред», УФН, 1991, 161 (1), 143−164

12. Лявшук И. А., Ляликов А. М., «Двухэкспозиционная голографическая интерферометрия переменного сдвига с изменяемой чувствительностью», Оптика и спектроскопия 2006, 6, 1023−1027

13. А. И. Буть, А. М. Ляликов, «Достижение высокой чувствительности измерений при формировании голографических интерферограмм клиновидных пластин», Письма в ЖТФ, 2011, 37, с. 51−57

14. А. И. Буть, А. М. Ляликов, «Повышение чувствительности измерений при формировании голографических интерферограмм клиновидных пластин», ЖТФ, 2012 (82), 5, 78−83

15. Ляликов, А.М., «Высокочувствительная голографическая интерферометрия фазовых объектов»: моногр. — Гродно: ГрГУ, 2010

16. Ринкевичюс Б. С., «Лазерная рефрактометрия — новый метод исследования неоднородных сред», электронный ресурс «Московский энергетический институт», http: //phch. mrsu. ru/2009−2/pdf/3Rinkevichus. pdf

17. T. Kreis, «Applications of Digital Holography: From Microscopy to 3D-Television», Journal of European Optical Society (2012), 7

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой