Мода голограммы

В основу модовой теории трехмерных голограмм положено понятие мод голограммы — световых полей, возникающих при падении света на голограмму н определяемых ее голограммной структурой, а также характером падающей на голограмму восстанавливающей волны. [c.212]

При восстановлении на голограмму может падать пучок света произвольной интенсивности, но в тех же направлениях и с той же длиной волны, что и при получении голограммы (при этом имеется в виду, что регистрирующий слой не деформировался с момента экспонирования). Восстанавливающий пучок может иметь также другие направления и длину волны, при которых в результате дифракции возникает достаточно интенсивное световое поле. Каждое из таких световых полей характеризуется определенным направлением волн света, соотношением их амплитуд, называется модой голограммы и выражается следующим образом [c.214]

Рис. 23. Схема процесса регистрации сфокусированных голограмм в случае генерации двух мод при использовании нерассеянной (в) и рассеянной (б) опорных волн (б). Вверху - соответствующие сечении светового поля в плоскости регистрации.

Рис. 24. Зависимость дифракционной эффективности голограммы сфокусированного изображения от размера диафрагмы лазе рного резонатора, регулирующей количество генерируемых мод.

Выше было показано, что, если мы хотим записать голограмму с определенным состоянием, скажем линейной поляризации объектной волны, нам нужно только обеспечить опорную волну с требуемой поляризацией. Рассмотрим теперь проблему записи всей волны. Если требование полной записи состоит только в том, чтобы рассматриваемое невооруженным глазом восстановленное изображение было бы неотличимо от объекта, то единственно, что нам нужно,— это то, чтобы опорная волна имела два взаимно ортогональных состояния поляризации. В этом случае можно сделать две последовательные экспозиции первую с одним состоянием линейной поляризации опорной волны, в вторую при повороте плоскости поляризации на 90°. Голограмму с полной записанной на ней информацией о состоянии поляризации объектной волны можно также получить, используя лазер, работающий в режиме с двумя ортогонально-поляризованными модами. Однако следует заметить, что в зависимости от конструкции лазера мощность каждой моды может изменяться во времени. Это также необходимо учитывать, как и то, что пучки с различными поляризациями волны могут расщепляться по-разному. [c.222]

Временная и пространственная когерентность лазерного источника, используемого для записи голограммы и восстановления с нее изображения, определяет не только свойства полученной голограммы, но также то, насколько сложной будет конфигурация оптической системы, применяемой для записи голограммы. Временная когерентность связана с конечной шириной полосы частот излучения источника, а пространственная когерентность — с его конечной протяженностью в пространстве. В газовом лазере временная когерентность определяется временными (или продольными) и пространственными (или поперечными) модами лазерного резонатора. Самая высокая степень как пространственной, так и временной когерентности получается в режиме одномодовой генерации. В 2.3 приведены точные математические определения временной и пространственной когерентности источников света и их влияние на процессы записи голограмм и восстановления с них изображения. [c.287]

В голографической системе памяти для обеспечения интенсивного коллимированного когерентного света требуется лазер. Он должен быть импульсным (возможно, с синхронизацией мод) или управляться внешним затвором с частотой порядка 10 импульсов в секунду, причем каждый импульс используется с целью записи или считывания. Кроме того, в зависимости от среды для записи голограммы и от того, какие применяются процессы записи и считывания, лазер должен обеспечивать среднюю оптическую мощность в одномодовом режиме около 1 Вт. Большинство материалов для записи голограмм и фотодетекторов наиболее чувствительны в сине-зеленой области спектра. Поэтому в качестве источника света предпочтительно использовать аргоновый лазер, поскольку он дает интенсивные синюю (А=0,488 мкм) и зеленую (Я=0,5145 мкм) линии излучения. Он также удовлетворяет необходимым требованиям к стабильности частоты и амплитуды, длине когерентности и надежности. Недостатками аргонового газового лазера являются его высокая стоимость (около 15 ООО долл.) и низкий КПД преобразования электрической мощности в оптическую (порядка 0,1%). Из твердотельных лазеров для систем голографической памяти наиболее приемлемым является Nd YAG-лазер с удвоением частоты (Я=0,530 мкм). В импульсном режиме работы такой лазер может обеспечить очень высокую пиковую мощность (до 10 Вт). [c.429]

Иногда вполне достаточно иметь качественную информацию о диффузных объектах [И] такую информацию можно получить из визуального наблюдения восстановленных изображений или их фотографий. Много полезной информации можно извлечь из положения узловых линий и областей пучностей в объекте. Таким образом, общее применение голографической интерферометрии, как, например, для изучения формы колебательных мод в зависимости от частоты, можно успешно выполнять, фотографируя восстановленные с голограмм изображения тем самым можно получить полное представление об исследуемом объекте. [c.540]

Относительно этих функций предполагается, что они составлены из тех же плоских волн, которые участвовали в записи голограммы, однако их направления распространения вследствие изменения диэлектрической проницаемости среды после экспозиции стали несколько другими. Кроме того, будем считать, что для любых компонент данной моды это изменение диэлектрической проницаемости одинаково. Все эти условия имеют вид специальных соотношений между волновыми векторами моды и волновыми векторами к излучения, записанного на голограмме. [c.707]

Подставляя в уравнение Гельмгольца (13) выражение (32) для г 5о и учитывая упомянутые соотношения между к и к, можно получить систему N уравнений, связывающих амплитуды компонент моды с амплитудами составляющих поля, записанного на голограмме. В матричной форме эти уравнения имеют вид [c.707]

Элементарные плоские компоненты электрического поля каждой моды при достаточно большой толщине слоя голограммы обладают следующим свойством [c.214]

Если поверхность голограммы лежит в плоскости ху, а направления опорных и объектных лучей света составляют небольшие углы с осью 2, то волновые векторы плоских компонент мод, выбранных в качестве базисных, равны [c.216]

Динамический характер голограммы решает сразу обе проблемы, возникающие в традиционных лазерных резонаторах типа интерферометра Майкельсона автоматически согласует как продольные, так и поперечные моды. Кроме того, в описанной ситуации в плече 2 происходит обращение пучка, пришедшего со стороны зеркала Зз. [c.213]

Дальнейшее улучшение качества восстановленного изображения может быть получено, если несущий его пучок Е отразить от второго обращающего зеркала и вновь направить на голограмму для получения опорного пучка, более близкого к Ejo- При этом реализуется итерационный процесс, сходящийся к точному исходному изображению Aj (/ ). Последовательней всего это осуществляется при помещении голограммы в резонатор лазера на смешении волн с двумя обращающими зеркалами и угловым фильтром у каждого из них [78] (рис. 7.186). Обратим внимание на многообразие функций, которые выполняют при этом обращающие зеркала наилучшее согласование выделяемых мод-изображений с голограммой, компенсация потерь в системе вплоть до получения генерации, подавление ненужных изображений. [c.249]

При использовании усиления за счет двухволнового взаимодействия в ФРК таким резонатором может быть обычный кольцевой резонатор (рис. 6.6). Режим генерации здесь, как и в обычном лазере, реализуется в том случае, если для какой-нибудь из собственных мод потери в резонаторе окажутся скомпенсированными за счет энерго-обмена с пучком накачки на смещенной голограмме в объеме ФРК [c.118]

Если в рассеянной волне имеются как амплитудные, так и фазовые вариации, то полосы на голограмме все еще сохраняют вид решетки в ее обобщенном смысле (рис. 1). Однако эти полосы решетки промодулированы как по положению, так и по интенсивности пространственным распределением электромагнитного поля рассеянной волны в непосредственной близости от фотопластинки. Если теперь решетку с модулированными полосами осветить плоской волной, то она воспроизведет (разд. 2) две различные системы дифрагированных волн, фазовая и амплитудная модуляции которых совпадают с аналогичными моду- [c.122]

Описанный выше процесс роста среднего значения коэффициента усиления по мере повышения интенсивности накачки рано или поздно приводит к тому, что начинается генерация на соседних аксиальных модах. Хотя их частоты уже не приходятся на центр линии, что уменьшает коэффициент усиления, зато часть максимумов интенсивности попадает на места скопления большого адсла возбужденных атомов (см. рис. 3.12в с голографических позиций эффективное усиление возрастает из-за того, что отраженные от соответствующих участков голограммы волны оказываются в фазе с проходящими). [c.177]

Во всех практических схемах гологра< ш1 в качестве источника излучения используются лазеры, генерирующие в режиме с одной поперечной модой. Обычно подбираются условия, при которых генерируется мода наиболее низкого порядка - TEMqq. В зтом случае пространственную когерентность излучения можно считать абсолютной. Специально для задач голографии разрабатываются также одночастотные лазеры, излучение которых содержит одну продольную моду и, следовательно, характеризуется весьма высокой степенью временной когерентности. Необходимость выбора такого режима генерации, приводящего к значительному ограничению мощности излучения, обусловлена тем обстоятельством, что при использовании наиболее выгодного знергетически многомодового режима степень KorepwTHO TH излучения (в первую очередь пространственная) оказывается недостаточной для регистрации качественных голограмм. Восстановленным изображениям в зтом случае присущи серьезные искажения, связанные с пространственной структурой многомодового лазерного пучка [113-114]. [c.45]

Таким образом, диффузное рассеяние опорного пучка, обеспечивающее квазиодно родное распределение излучения всех поперечных мод в плоскости голографирования, позволяет зарегистрировать соответствующий набор пространственных несущих без разрывов и других искажений, обусловленных взаимной некогерентностью различных мод. Вследствие этого восстановленное изображение оказывается свободным от типичных для случая голографирования в многомодовом излучении помех. Наблюдаемое в достаточно широком интервале углов и локализованное в плоскости голограммы восстановленное изображение представляет собой результат суперпозиции множества злементарных изображений, создаваемых дифрагированными световыми волнами различных направлений. При использовании протяженных и полихроматических восстанавливающих источников согласно (2.10) интервал углов, в котором наблюдается сфокусированное изображение, увеличивается, в том числе вследствие дисперсии. Иными словами, наблюдаемая картина есть результат некогерентной суперпозиции всей совокупности спектральных и пространственных составляющих восстанавливающего пучка. [c.50]

Геометрические параметры экспериментальной установки подбирались таким о азом, чтобы на объект попадало достаточно большое число поперечных мод. Сфокусированные голограммы регистрировались с единичным увеличением и после фотохимической о аботки отбеливались. Производилась также контрольная регистрация голограмм с нерассеянным опорным пучком (в схеме рис. 21, 5 удален диффузор). Восстановление изображений проводилось в излучении того же лазера и в белом свете лампы накаливания. В случае, когда голограммы сфокусированных изо а-жений регистрировались в многомодовом излучении без диффузного рассеяния опорного пучка, наблюдались искажения восстановленных изображекшй, имеющие вид темных пяген (разрывов), количество и густота которых зависела от числа генерируемых поперечных мод. Однако в отличие от случая регистрации в тех же условиях голограмм Френеля, изменение позиции наблюдателя (смещение точки наблюдения) при реконструкции практически не приводит к изменению конфигурации разрывов в восстановленном изображении - картина привязана к шюскости голограммы сфокусированного изо ажения. [c.51]

Получение голограммы сфокусированного изображения с использованием протяженного опорного источника, как показано вьпие, зквивалентно регистрации совокупности пространственных несущих, частоты которых определяются направлениями падения соответствующих злементарных составляющих опорной волны. Применение в зтом случае многомодового излучения приводит лишь к некоторому увеличению количества таких парциальных несущих. Это обстоятельство удобно пояснить на примере использования излучения, содержащего две поперечные моды (рис. 23). [c.52]

Увеличение общего количества генерируемых лазером мод (продольных и поперечных), как известно, приводит к уменьшению степени его когерентности. Поэтому видность (контраст) интерференционной картины с увеличением количества неаксиальных мод падает и, как следствие, уменьшается дифракционная зффективность регистрируемой голограммы. Следовательно, обеспечиваемая диффузным рассеянием опорного пучка однородность восстановленных изо ажений сочетается с более ниэкой, чем в случае одю медового излучения, дифракционной эффективностью. Представляет интерес установление закономерности изменения дифракционной эффективности голограмм сфокусированных изо ажений, получаемых при диффузном рассеянии опорной волны, с ростом количества генерируемых мод. [c.53]

Для выданного диффузно отражающего объекта дифракционная зф-фективность сфокусированных голограмм, зарегистрированных в излучении с одной поперечной модой (такой режим имел место при относительном диаметре диафрагмы, равном 0,2), составляла 4,5%. С увеличением относительного диаметра диафрагмы до 0,3 дифракционная зффективность падала до 1,7%, затем, вплоть до полного открывания диафрагмы, плавно уменьшалась до 0,6% (рис. 24). [c.54]

Такой ход экспериментальной кривой может >1ть объяснен на основе известных данных об уменьшении когерентности лазерного излучения с ростом количества генерируемых мод. Действительно, измеряемая дифракционная зффективность голограммы, как известно, линейно связана с контрастом зарегистрированной ею интерференщюнной картины или с вид-ностью наблюдаемых интерференционных полос, которая определяется известной формулой [c.54]

С этой огибающей (сплошная кривая) с достаточно высокой точностью совпадают экспериментальные точки (см. рис. 24) гра4 1ка зависимости нормированной к единице дифракционной эффективности от относителыю-го размера диафрагмы лазерного резонатора, определяющей количество генерируемых мод. За единицу принято максимальное значение дифракционной эффективности, досшгаемое в случае плоской амплитудной голограммы и равное, как известно, 6,25%. Масштабы двух совмещенных графиков подобраны на основе данных относительно предельного количества мод, генерируемых гелий-неоновыми лазерами. [c.56]

Таким образом, полученная экспериментально зависимость изменения дифракционной эффективности сфокусированных голограмм, регистрируемых с диффузным рассеянием объектного и опорного пучков, от количества генерируемых мод хорошо согласуется с данными об умшьшении видности (контраста) интерференционных полос вследствие уменьшения степени когерентности. На основе измерения дифракционной эффективности таких голограмм, как легко убедиться, можно получать информацию о значении функции временной когерентности, а также об общем количестве мод (продольных и поперечных) в излучении лазера. [c.56]

Таким образом, если спеклограмма диффузно рассеивающего объекта регистрируется в плоскости его резкого изображения =0), то различные поперечные моды оказываются локализованными на изображении, и в результате перекрестной интерференции внутри каждой моды на соответствующем участке регистрирующего материала образуется высококонтрастная (в силу сохранения пространственной когерентности на каждом таком участке) спекл-структура. В результате каждая такая структура воспроизводит изображение соответствующего участка объекта, так что при восстановлении наблюдатель видит изображение всего объекта, промо-дулированное (пространственно) структурой поперечных мод лазерного пучка, использовавшегося при регистрации голограммы. [c.99]

Во всех экспериментах такого типа для проверки работы устройства перед изготовлением голограммы методом усреднения по времени или методом двух экспозиций полезно применять режим работы голографического интерферометра в реальном времени. Таким образом можно проверить правильность уровня возбуждения и расположения возбудителя. Одновременно можно проверить наличие нежелательного движения опоры голографического устройства. При изучении вибраций особенно полезно сочетание акустического возбуждения и голографической интерферометрии в реальном времени для сканирования спектра возбуждения. Непрерывная природа акустического возбуждения дает гарантию того, что в процессе сканирования не будет пропущена ни одна мода колебаний. При использовании для исследования вибраций стробоскопической голографии необходим контроль в реальном времени, чтобы устанавливать фазу стробирующего импульса относительно цикла вибраций. В тех случаях, когда можно использовать голограмму в реальном времени, она всегда должна предшествовать более сложным испытаниям даже если такая голограмма может и не иметь идеального согласования нулевых полос, с ее помош,ью можно многое узнать о вибрационных испытаниях. [c.532]

Рис. 7. Голограмма, полученная методом усреднения по времени, для пятилопаточной турбины с длиной лопаток -79 см, вибрирующей на моде высшего порядка с частотой 653 Гц. Этот тип голограмм особенно хорошо демонстрирует узловые линии.

Рис. 8. Дважды экспонированная строооскопическая голограмма той же группы лопаток, вибрирующих на той же моде, что и лопатки на рис. 7. Сечения изолиний и контраст полос устанавливались при стационарном положении лопаток, а экспозиция осуществлялась с помощью стробирующего импульса, включавшегося так, что свет от лазера поступал в систему, когда цикл вибраций достигал максимума.

При изучении спектра чистых мод объекта все усилия должны быть сосредоточены на возбуждении объекта только на одной моде и в определенное время путем регулировки положения возбудителя и обеспечения линейности возбуждения. (Следует заметить, что в случае магнитного возбуждения насыщение возбудителя или возбуждаемого материала легко может вызвать негармонические колебания и колебания на нежелательных модах.) Для таких объектов, как музыкальные инструменты или магнитные приборы, в которых имеет месго гармоническое возбуждение, на голограммах с усреднением по времени обычно отмечаются узловые области даже при сложном возбуждении, а стробоскопические голограммы можно использовать для выделения некоторых мод вибрации. Эти случаи очень трудно поддаются расшифровке, и часто при таких исследованиях удается достичь немногим больше, чел получение очертаний областей узлов и пучностей, [c.543]

Решение было найдено на основе идей голографии, а точнее — полного равноправия объектной и референтной волн в процессе записи и считьша-ния голограммы [45]. В случае пучков со стационарными характеристиками возможно использование обычных (статических) голограмм, а коррекция волнового фронта осуществляется в два этапа 1) запись на голограмме-корректоре картины интерференции исходного (объектного) пучка и опорного пучка с требуемым волновым фронтом 2) считьшание голограммы-корректора объектным пучком, который, дифрагируя на ней, преобразуется с высокой эффективностью в опорный, чем и достигается его коррекция. В работах [45, 46] такая схема была реализована для простых и сложных мод Не-Ые-лазера. [c.234]

Однако для толстых голограмм (но не для пространственно-временных модуляторов света) обычно обеспечивается условие Айгаа ./ с С (Здесь имеется в виду, что для отдельной решетки, например с номером /, входяш,ей в сложную голограмму, можно записать пространственную частоту в виде к = кс + Ак, где ко — средняя (несуш,ая) частота, Ak max — МЗКСИМЗЛЬНОС ОТКЛОНСНИС ПрО-странственной частоты в данной голограмме от среднего значения). Благодаря этому условию зависимость г) /k является доминирующей, а также свойства объемных голограмм могут быть адекватно описаны в терминах дифракции собственных мод и модуляции показателей преломления. [c.36]

При использовании ФРК в качестве активной усилительной среды ситуация изменяется. Эффективная ширина полосы усиления, центрованной около частоты накачки о, определяется характерным временем формирования голограммы в ФРК (тГс 1- 10 Гц при приемлемых уровн накачки) и оказывается гораздо меньше межмодового сдвига 2лс/Ь 10 Гц. В свою очередь условие энергетического баланса (6.29), очевидно, разрешает генерацию световой волны с частотой (О, лежащей около частоты накачки о, которая может оказаться сильно отличной от ближайшей частоты одной из собственных мод резонатора ( A ot = — о > гё). [c.120]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...