Файл в формате PPT (4,7 МB)

Лекционный курс
«Экспериментальные
методы физических
исследований»
Раздел
ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Тема
МЕТОДЫ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ
ИНТЕРФЕРОМЕТРИИ
1
2
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

3
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
4
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
5
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
6
E  A  Cos(t   )
ФОТОГРАФИЯ –
запись сведений
только об
АМПЛИТУДЕ
и
ЧАСТОТЕ
волны
ГОЛОГРАФИЯ –
дополнительная
запись сведений
о
ФАЗЕ
волны
Для этого осуществляют интерференцию волны
от объекта с «опорной» волной
( волной с известными характеристиками )
7
ГОЛОГРАММА
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННАЯ
КАРТИНА
ВОССТАНОВЛЕННОЕ
ИЗОБРАЖЕНИЕ
8
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)
9
Голограмма точечного источника
2
2
I ( x, y, z )  A1  A2  2 A1A2 cos(  )
Максимумы (кольца почернения)
для =2k ( s=OM-LM=k )
ГОЛОГРАММА
ФОТО
10
Любой объект –
- система точечных источников света
Кольцевые
интерференционные
картины
от различных точек
перекрываются
Результирующая голограмма –
сложная система
перекрывающихся
интерференционных полос
11
12
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
13
Восстановление голографического
изображения
Опорная волна
Мнимое
изображение
Волна от
голограммы
Действительное
изображение
14
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
15
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)
16
Стенд голографической
интерферометрии
M1
BS-5%
Лазер
L1
L2
PH
M2
Питание
лазера
ДЕТАЛЬ
НАГРУЗКА
17
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
18
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

19
Распределение напряжений
в подвергнутой давлению
круглой мембране
( крышке резервуара )
20
Форма колебаний кузова автомобиля
Картина интерференционных полос указывает
на наличие резонансных колебаний обшивки двери
21
Механические напряжения в дефектной
лопатке турбины компрессора
22
Голографическая интерферометрия
деформаций колеблющихся деталей

Распределение деформаций в
звучащей гитаре
23
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции
24
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции
Изменение
плотности
вдоль линии
A-B
25
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции

Распределение плотности газа между лопатками
вращающейся турбины ( 4460 об. в минуту) 26
Исследование потоков жидкости и
газа методом двойной экспозиции

Тепловые потоки в пламени свечи
27
Шкала
скорости проседания
( миллиметры
в
день )
Космическая радарная
интерферометрия
скорости проседания
нефтяного месторождения
Lost Hills ( США )
в октябре 2002 г.
28