全息術自1948年由Gabor發明以來，就憑藉其記錄和再現原物光波的振幅和相位的突出特點，不斷發展。進入20世紀八九十年代，隨著計算機技術的快速發展和數字器件製備工藝的不斷進步，數字全息及數字全息干涉術也取得了突飛猛進的發展，並且已經成為信息光學領域的一個重要分支學科。不僅在記錄介質和記錄方式上取得了實質性的進展， 而且套用領域從三維再現、信息存儲， 發展到了位移和形變測量、形貌測量， 方法也多種多樣。
基本介紹
- 中文名：全息干涉術
- 外文名：Holographic interferometry
- 發明時間：1948年
- 作用：記錄和再現原物光波的振幅和相位
- 套用：測定材料的泊松比
- 發展：雙波長全息干涉術
發展簡介,雙波長全息干涉術,全息干涉測量,全息干涉測量的數字處理方式,測量原理,數字全息干涉術測定材料的泊松比,
發展簡介
全息術自1948年由Gabor發明以來，就憑藉其記錄和再現原物光波的振幅和相位的突出特點，不斷發展。進入20世紀八九十年代，隨著計算機技術的快速發展和數字器件製備工藝的不斷進步，數字全息及數字全息干涉術也取得了突飛猛進的發展，並且已經成為信息光學領域的一個重要分支學科。不僅在記錄介質和記錄方式上取得了實質性的進展， 而且套用領域從三維再現、信息存儲， 發展到了位移和形變測量、形貌測量， 方法也多種多樣。
目前常用的數字全息干涉術大多是基於數值再現的方式， 需要套用軟體進行再現算法的研究和編寫，而且其運算的速度依賴計算機的性能， 不能真正實現實時化； 計算全息術一般針對虛擬物體進行研究，實用價值不高。
雙波長全息干涉術
一般的全息干涉術都採用單一的雷射波長，其測量誤差可以達到波長量級，但對於波面變形較大的波前進行干涉測量時，由於干涉條紋過於密集，致使獲得的干涉圖樣無法判讀。為此，提出了雙波長全息干涉術。
雙波長全息干涉術（Two -wavelengthHolographic Interferometry，簡稱TWHI），是利用雷射器發出的兩個或兩個以上不同的波長對物體拍攝全息干涉圖，從而對物體進行全息干涉計量。其基本方法有單次曝光法和雙曝光法兩種。因為測量波長可選範圍較寬，雙波長全息干涉術有很多套用領域，例如：散射物體的輪廓測試、表面粗糙度的測量、液體流量的檢測等等。尤其在非球面光學元件的面形質量檢驗方面有獨特的優勢。
全息干涉測量
全息干涉測量的數字處理方式
傳統的光學全息干涉術可以實現對三維物場的變化進行高靈敏度測量，但全息圖底片處理過程的非實時性卻大大限制了其實際套用。高解析度CCD及高速計算機技術的發展使得對全息圖的數位化處理成為可能。目前用於全息干涉測量的數字處理方式有兩類，一類是利用相移原理通過直接計算多幅相移全息圖的強度分布而獲得物場的相位變化，稱為電子散斑干涉術（ESPI）；另一類是利用數字模擬全息圖的衍射再現原理通過快速傅立葉變換及頻譜濾波而獲得物場的振幅和相位變化，稱為電子學全息干涉術或數字全息干涉術。與電子散斑干涉術相比，電子學全息干涉術可以一次性地完成全息圖的記錄、再現、測量、數據處理和結果輸出，並且由於可以直接計算出物場的復振幅分布，因此具有很高的測量靈活性。如對同一物場連續記錄的多幅全息圖進行任意組合疊加，從中方便地測量出參與疊加的兩個物場間的差異，或者通過相位倍增方法增大干涉條紋密度，從而有效提高測量精度。此外，電子學全息干涉術不僅可以用於可見光波段，而且也可以用於其它波段或聲波、電子波等全息圖的記錄和重現。
測量原理
普通光學全息干涉術採用兩次曝光法測量物場的變化，亦即用同一塊全息記錄乾版先後對物場變化前後作兩次等量曝光記錄，然後利用衍射原理同時再現出兩個物場的復振幅，其相干疊加結果，便給出反映兩物場差異（如相位變化）的干涉條紋圖樣。電子學全息干涉術繼承了普通光學全息干涉術的基本思想，但對全息圖的記錄、存儲和再現採用了不同的手段。其一是以CCD的光敏面取代了全息乾版作為記錄介質，記錄到的全息圖經數位化處理後存儲於計算機中；其二是以數字傅立葉變換處理取代光學衍射來實現所記錄物場的再現。通過對所記錄的全息圖強度分布作快速傅立葉變換運算，獲得其空間頻譜分布，從中分離並提取出物光波的頻譜，然後再經逆傅立葉變換運算，便得到物光波復振幅分布。如果令一束相干平面光波穿過某一存在溫度起伏的介質空間，由於溫度的起伏會導致介質折射率的變化，透射光波將攜帶著介質受照射區域溫度分布的信息。當對以此為物光波在溫度場隨時間變化過程中的不同時刻記錄的全息圖分別進行數字處理後，便可以再現出相應時刻穿過溫度場的光波的復振幅分布。
數字全息干涉術測定材料的泊松比
泊松比是反映材料彈性特性的一個常數，表征試樣拉伸時沿橫向發生收縮的程度，通常用於工程部件的數值壓力分析。常用電子與機械相結合的方法如藉助引伸計測量試樣橫向及縱向變形量來獲得泊松比。該方法在測定材料長期性能時難免發生漂移，而且引伸計自重及夾持力可引起軟質試樣的附加變形，所以只適用於硬質試樣。也可以通過在試樣上貼上電阻應變片的方式測量其泊松比，但該方法測量的變形範圍有限，並且試樣附加了貼上片的剛度，會引起一定誤差。此外傳統的光學測量方法如全息法、散斑法、影像雲紋法等，均是從所得到的干涉圖樣推算出泊松比，但這些方法需要經過對記錄介質必需的曝光、顯影等物理化學處理過程，再現過程複雜，周期較長，有些還需要將待測試樣彎曲表面研磨成鏡面，這對於非金屬材料幾乎是不可能的。
數字全息干涉術套用廣泛，同時還可方便地加入各種數學處理方法，進行真正意義上的兩個或多個全息圖以及復振幅之間的各種數學運算及消除零級衍射像的影響。
