Технология голографии
Глоссарий	ЧаВо

Влияние смещения интерференционной картины на качество голограммы

Вибрации и смещения оптических элементов голографической схемы сильно осложняют работу по записи голограмм, особенно, когда размеры пластинок велики и время экспонирования составляет несколько минут. Вопрос о стабильности положения интерференционной картины выходит за рамки одних только механических смещений оптических элементов. На положение интерференционной картины влияет взаимное смещение элементов схемы вследствие колебаний температуры, температурный дрейф частоты излучения лазера и угловое смещение его луча.

Целью данной работы было создание простой и надежной следящей системы для контроля положения интерференционной картины при записи голограммы. Расчет влияния линейного смещения фотопластинки относительно интерференционной картины на дифракционную эффективность n_lin голограммы дает следующее выражение:

n_lin = n₀(Sinc(2pi*a/d))²

где n₀- дифракционная эффективность голограммы, записанной в идеальных условиях; a- величина смещения фотопластинки за время экспонирования; d- период интерференционной картины в направлении смещения.
Аналогичное выражение для дифракционной эффективности получается при синусои-дальном смещении фотопластинки:

n_sin = n₀(J₀(2pi*a/d))²

где J₀ - функция Бесселя первого рода нулевого порядка.

Из сравнения графиков функций (Sinc(2pi*a/d))² и (J₀(2pi*a/d))² (см. рис. вверху) можно сделать вывод, что воздействие обеих видов вибраций на дифракционную эффективность примерно одинаково и существенно зависит от амплитуды вибраций. Запись отражающих голограмм с использованием гелий-неонового лазера приводит к падению дифракционной эффективности на 30% при смещении фотопластинки всего на 0,1 мкм.
На основании большого опыта по записи отражающих голограмм можно сформулиро-вать следующие требования, предъявляемые к схеме измерения смещения интерференционной картины.

1.Измерение смещения интерференционной картины должно производиться непосредственно в плоскости регистрирующей среды. Действительно, все смещения оптических элементов голографической схемы будут отрицательно сказываться только тогда, когда они приведут к смещению интерференционной картины в плоскости фотопластинки при записи голограммы. Не исключена ситуация, когда смещение нескольких оптических элементов взаимно скомпенсирует смещение интерференционной картины в плоскости фотопластинки. С другой стороны, именно фотопластинка является наиболее виброчувствительным элементом схемы. К сожалению, многие схемы контроля не имеют привязки интерференционной картины к плоскости фотопластинки.
2.Возможность одновременного контроля всех нежелательных факторов: вибраций, смещения элементов голографической схемы, вызванных колебаниями температуры, изменения частоты излучения лазера.
3. Осуществление контроля положения поля непосредственно во время экспозиции.
4. Возможность компенсации вибраций.
В соответствии с этими требованиями была разработана схема измерения, показанная на рис. вверху. Пучок лазера проходит пространственный фильтр 1 и освещает фотопластинку 2 и объект 3. Для контроля положения интерференционной картины используется отраженный от фотопластинки пучок 4 и вспомогательный опорный пучок 5, которые совмещаются на полупрозрачном зеркале 6 и дают вспомогательную интерференционную картину. Эта интерференционная картина регистрируется фотоумножителем 7, сигнал с которого поступает на осциллограф или самописец 8. При смещении фотопластинки изменяется распределение интенсивности вспомогательной интерференционной картины, что регистрируется прибором. Если разность хода вспомогательных пучков равна средней разности хода опорного и объектного пучков основной схемы, можно определить смещение интерференционной картины, связанное с изменением частоты излучения лазера. Для исключения вибраций интерферометра он собран на жестких стальных оправках и заключен в герметичный виброустойчивый кожух.

Результаты измерения смещения интерференционной картины с момента зарядки фото-пластинки в рамку, записанные на самописце, показаны на рисунке. Максимальное отклонение самописца соответствует lambda/2. Это не означает, однако, что максимальное смещение так же составляет половину длины волны. Скорость перемещения ленты самописца - одно деление за 3 мин. Из рисунка видно, что нарушение стабильности интерференционной картины обусловлено относительно быстрыми ее колебаниями (около lambda/8) вследствие смещения фотопластинки и медленным линейным смещением, которое можно объяснить отклонением луча лазера, вызванным изменением температуры, или дрейфом частоты его излучения. По данным измерения можно определить необходимое время стабилизации фотопластинки перед экспонированием. Переходные процессы в основном заканчиваются через пять минут после закрепления фотопластинки в рамке. Размер фотопластинки был равен 18x24 см.

На рисунках ниже приведены графики смещения интерференционной картины при записи двух тестовых голограмм жестких, металлических объектов, а также показаны соответствующие изображения этих голограмм. Время экспонирования составило 2 мин. При записи первой голограммы положение интерференционной картины было относительно стабильным и изображение получилось контрастным и глубоким. При записи второй голограммы произошло значительное смещение интерференционной картины и, в итоге, изображение получилось неярким и низко контрастным. Детали в глубине сцены (пространственный фильтр) практически не видны. В нижнем левом углу видна темная диагональная полоса - следствие сильного смещения фотопластинки. Причина этого смещения - неудачное закрепление фотопластинки в рамку.
Предложенная измерительная схема на базе вспомогательного интерферометра может стать основой для разработки активной системы компенсации вибраций, в которой каждое движение интерференционной картины в плоскости фотопластинки будет компенсироваться соответствующим перемещением исполнительного элемента (зеркала), входящего в контур отрицательной обратной связи.

Описанный способ записи голограмм может представить особый интерес при записи мастер-голограмм, когда относительно большая трудоемкость изготовления голограммы окупается при последующем производстве голограмм-копий с качественным изображением.

Литература.
1. С. П. Воробьев. Влияние нестабильности положения интерференционной картины на качество голограммы. ОМП, № 9, 1983 г., стр. 1.
-->

| Галерея голограмм | О голографии | Студии голографии |