Лекционный курс «Экспериментальные методы физических...
description
Transcript of Лекционный курс «Экспериментальные методы физических...
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 )