Иллюстративные материалы к лекции 8 в формате

Лекционный курс
«МЕТОДЫ
И СРЕДСТВА
ИССЛЕДОВАНИЙ»
ЛЕКЦИЯ 8
НАУКОЕМКИЕ
МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
МЕТОДЫ
ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ
ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
1
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

2
Голография и фотография

Фотография:
2-х мерная версия 3-х мерного объекта
Отсутствует глубина изображения
Регистрируются только амплитуды и
частоты волн
Теряется информация о фазах волн
3
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
4
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
5
ГОЛОГРАММА
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ
КАРТИНА
ВОССТАНОВЛЕННОЕ
ИЗОБРАЖЕНИЕ
6
Голограмма точечного источника
Любой объект – система точечных источников света
Фотопленка
Опорная
На фотопленке
фиксируетс
я результат
наложения
двух волн
волна
(плоская)
x
z
y
Волна от источника
(сферическая)
7
Голограмма точечного источника
2
2
I ( x, y, z )  A1  A2  2 A1A2 cos(  )
Максимумы (кольца почернения)
для =2k ( s=OM-LM=k )
« Зонная пластинка »
8
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
9
Восстановление голографического
изображения
Опорная волна
Мнимое
изображение
Волна от
голограммы
Действительное
изображение
10
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
11
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)
12
Стенд голографической
интерферометрии
M1
BS-5%
Лазер
L1
L2
PH
M2
Питание
лазера
ДЕТАЛЬ
НАГРУЗКА
13
Исследование механических
деформаций методом двойной
экспозиции
Нагрузка
(по
нормали к
рисунку)
X
n=4
Полосы
интерференции
n=3
n=2
n=1
Изображение
при двойной экспозиции
14
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

15
Распределение напряжений
в круглой мембране,
подвергнутой давлению
16
Форма колебаний кузова автомобиля
Картина интерференционных полос указывает
на наличие резонансных колебаний обшивки двери
17
Механические напряжения в дефектной
лопатке турбины компрессора
18
Голографическая интерферометрия
деформаций колеблющихся деталей

Распределение деформаций в
звучащей гитаре
19
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции
Изменение
плотности
вдоль линии
A-B
20
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции

Распределение плотности газа между лопатками
вращающейся турбины ( 4460 об. в минуту) 21
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции

Тепловые потоки в пламени свечи
22
Цвета на картинах
интерференции
радиоволн с
космического
спутника
показывают
скорости
проседания
поверхности
(в мм/день)
СЛАЙД
ИЗ
ЛЕКЦИИ 1
23