Импульсная голография

Успехи в развитии оптических квантовых генераторов, обеспечивающих мощное излучение в течение очень коротких промежутков времени, сделали возможным голографирование движущихся объектов, что представляет большой интерес для целого ряда практических применений.

В существующих оптических генераторах на рубине импульсы излучения имеют длительность порядка 10^-8-10^-9сек. При таком малом времени экспозиции легко получать голограммы объектов, движущихся со скоростями порядка 1000 м/сек. Действительно, чтобы интерференционная картина не размазывалась, необходимо, чтобы перемещение объекта за время съемки не приводило к заметному изменению разности пути между опорной и сигнальной волнами. Из этого условия можно получить предельно допустимую скорость перемещения объектов:

Эта формула является приближенной и в зависимости от схемы голографирования будет иметь различный вид.

Импульсная голография открывает возможность фиксировать и анализировать быстропротекающие процессы. Большой интерес, например, представляет изучение следов частиц в трековых камерах. Для этой цели обычно применяется стереоскопическая съемка, которая позволяет зафиксировать всего лишь несколько десятков следов, причем с невысокой глубиной резкости. Голографические методы оказываются здесь весьма эффективными, поскольку они позволяют просто записать информацию о всем объеме камеры. При восстановлении можно рассматривать изображение в различных сечениях, что позволяет легко разделить треки соответствующие различным частицам. Число частиц, регистрируемых таким способом на голограмме, может быть очень большим (порядка тысячи).

Аналогичным образом можно изучать динамику распределения неоднородностей в туманах, жидкостях и других прозрачных средах.

Особый интерес представляет применение импульсной голографии в интерферометрических исследованиях. В этом методе на одной и той же фотопластинке в различные моменты времени записываются две голограммы исследуемого объекта. При восстановлении обе волны, несущие информацию об объекте, накладываются друг на друга, и можно наблюдать их интерференцию. Если за время между экспозициями с объектом произошли какие-либо изменения, то на восстановленном изображении появляется система интерференционных полос. Расшифровывая полученную интерференционную картину, можно определить происшедшие изменения. Для этого только необходимо, чтобы оптический генератор излучал два последовательных коротких импульса, разделенных небольшим временным интервалом.

Рубиновые лазеры с пассивными затворами, например, позволяют легко осуществлять генерацию двух мощных импульсов, чередующихся через 10^-5-10^-4сек. Еще более короткие интервалы между импульсами (менее 10^-6сек) можно получить в генераторах, работающих в режиме медленного включения добротности.

Метод голографической интерферометрии позволяет измерять очень небольшие (порядка долей длины волны) деформации объектов со сложной формой поверхности, которые происходят вследствие вибраций, нагрева или из-за других причин. Этот метод может быть использован для исследования взрывов, ударных волн, образующихся, например, при полете пули, изучения потоков газа в сверхзвуковом сопле и т. д.

Надо отметить, что техника получения импульсных голограмм имеет некоторые особенности, связанные с малым временем экспозиции. Сам процесс получения голограмм оказывается более простым (например, съемку можно проводить при естественном освещении), однако повышаются требования к энергии лазера и чувствительности фотослоя, так как здесь уже нельзя восполнить нехватку энергии увеличением времени экспозиции (как в случае непрерывных лазеров).

В настоящее время уже созданы рубиновые генераторы с одним типом колебаний, что позволяет получить голограммы при большой разности пути (более метра) между опорной' и сигнальной волнами. Однако энергия в импульсе таких генераторов невелика. Поэтому достаточно качественные изображения получаются лишь в случае небольших объектов (порядка 5-10 см) при расстояниях до фотопластинки около метра. Имению этим условиям соответствует изображение предмета, которое приводилось на фотографии рис. 15.