1

Лекционный курс«Экспериментальные методы физических

исследований»

Тема МЕТОДЫ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙИНТЕРФЕРОМЕТРИИ

Раздел ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

2

3

История голографии

Изобретена в 1948 году Деннисом Габором для усовершенствования электронного микроскопа (задолго до изобретения лазеров)

В 1962 году для получения голограмм впервые использовали лазер

4

Голография и фотография

Фотография:2-х мерная версия 3-х мерного объектаОтсутствует глубина изображенияРегистрируются только амплитуды и

частоты волнТеряется информация о фазах волн

5

Голография и фотография

Голография:Записывается информация о всех деталях

волнового фронта (в том числе и о фазе волны)

При наблюдении голограммы полностью восстанавливается волновой фронт

В изображении содержится вся информация о 3-х мерных характеристиках объекта

Изображение является точной копией объекта в момент регистрации голограммы

6

Голография и фотография

Голограмма: Преобразует фазовую информацию в

амплитудную информацию (совпадение фаз – максимум амплитуды, противофазы – минимум амплитуды)

Происходит интерференция световой волны от объекта с опорной волной

Голограмма - сложная интерференционная картина, образованная множеством микроскопических полос

“Голос” – греческое слово, обозначающее полное сообщение

7

)( tCosAEФОТОГРАФИЯ –запись сведений

только обАМПЛИТУДЕ

иЧАСТОТЕ

волны

ГОЛОГРАФИЯ –дополнительнаязапись сведений

оФАЗЕволны

Для этого осуществляют интерференцию волны от объекта с «опорной» волной ( волной с известными характеристиками )

8

ГОЛОГРАММА-

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯКАРТИНА

ВОССТАНОВЛЕННОЕИЗОБРАЖЕНИЕ

9

Голограмма точечного источника

Любой объект – система точечных источников света

Опорная

волна

(плоская)

На фотопленке фиксируется результат наложения двух волн

Волна от источника (сферическая)

Фотопленка

x

z

y

10

Голограмма точечного источника

)cos(21221),,(22 AAAAzyxI

Максимумы (кольца почернения) для =2k (s=OM-LM=k ) ГОЛОГРАММА

ФОТО

11

Любой объект –

- система точечных источников света

Кольцевые интерференционныекартины от различных точек перекрываются

Результирующая голограмма – сложная система перекрывающихсяинтерференционных полос

12

13

Восстановление голограммы

Голограмму освещают опорной волной Опорная волна рассевается на

непрозрачных участках (максимумах) голограммы

Опорная волна и волна, рассеянная от голограммы интерферируют и образуют действительное изображение и мнимое изображение

14

Восстановление голографического изображения

Мнимое изображение Действительное

изображение

Волна от голограммы

Опорная волна

15

Технические приложения голографии

Голографическая «микроскопия» Увеличение достигается путем

восстановления (наблюдения) голограмм волнами с длиной волны большей, чем при записи голограмм : M = r/s

Например, запись производят, используя рентгеновский лазер, а наблюдают – в видимом свете. При этом увеличение M ~ 106

Таким образом получают увеличенные 3-х мерные изображения микроскопических объектов – молекул ДНК, вирусов

16

Технические приложения голографии

Голографическая интерферометрия В методе двойной экспозиции на одну

голограмму записывают два последовательных изображения объекта

Если изменений объекта не происходило, то фазы совпадают и изображения сливаются

Если объект изменялся, то в некоторых местах появляется разность фаз и возникает интерференционная картина

Изменение разности фаз определяется изменениями разности хода (деформация) и изменениями показателя преломления (плотность, температура)

17

Стенд голографической интерферометрии

ЛазерBS-5%

M1

L1

L2

PH

M2

ДЕТАЛЬ

Питаниелазера

НАГРУЗКА

18

Исследование механических деформаций методом двойной

экспозиции

Нагрузка(по

нормали к рисунку)

Изображениепри двойной экспозиции

Полосы интерференции

X

n=1

n=2

n=3

n=4

19

Расшифровка голографических изображений

= 633 x10-6 mm Первая темная полоса

соответствует деформации d=/2 Вторая полоса - деформации

d= /2 + d Полоса с номером n

соответствует деформации d=(n-1/2) по отношению к неподвижному основанию

20

Распределение напряжений в подвергнутой давлению

круглой мембране( крышке резервуара )

21

Форма колебаний кузова автомобиля

Картина интерференционных полос указывает на наличие резонансных колебаний обшивки двери

22

Механические напряжения в дефектной лопатке турбины компрессора

23

Голографическая интерферометрия деформаций колеблющихся деталей

Распределение деформаций в звучащей гитаре

24

Исследование потоков жидкости и газа методом двойной экспозиции

25

Исследование потоков жидкости и газа методом двойной экспозиции

Изменение плотности

вдоль линии A-B

26

Исследование потоков жидкости и газа методом двойной экспозиции

Распределение плотности газа между лопатками вращающейся турбины ( 4460 об. в минуту)

27

Исследование потоков жидкости и газа методом двойной экспозиции

Тепловые потоки в пламени свечи

28

Космическая радарная интерферометрия

скорости проседания нефтяного месторождения

Lost Hills ( США ) в октябре 2002 г.

Шкаласкорости проседания

( миллиметры в

день )