實時全息干涉法

實時全息干涉法的基本原理是先記錄一張流場未變化時物光波標準波面（或初始物光波面)的全息圖。經顯影、定影處理後，將該全息圖準確復位於光路中的原來位置。然後，用流場變化後的被測試物光與參考光同時照射該全息圖，使直接透過全息圖的被測物光波面與全息圖所再現的原始物光波面（或初始物光波面）相干涉。被測試的流場可以變換，從而得到實時全息干涉圖。依據干涉圖上條紋的變化情況確定被測物理量。測試過程中，僅需一次曝光記錄流場未變化時的波面，然後就可以實時地觀察流場變化後波面的變化情況。因此，這種方法也稱為單次曝光全息干涉法。

基本介紹

• 中文名：實時全息干涉法
• 外文名：real-time holographic interferometry
• 同類：雙曝光全息干涉法
• 套用學科：力學術語
• 範疇：數理科學
• 涉及：全息干涉法

基本原理

實時全息干涉法的基本原理是先記錄一張流場未變化時物光波標準波面（或初始物光波面)的全息圖。經顯影、定影處理後，將該全息圖準確復位於光路中的原來位置。然後，用流場變化後的被測試物光與參考光同時照射該全息圖，使直接透過全息圖的被測物光波面與全息圖所再現的原始物光波面（或初始物光波面）相干涉。被測試的流場可以變換，從而得到實時全息干涉圖。依據干涉圖上條紋的變化情況確定被測物理量。測試過程中，僅需一次曝光記錄流場未變化時的波面，然後就可以實時地觀察流場變化後波面的變化情況。因此，這種方法也稱為單次曝光全息干涉法。

所有雙曝光全息干涉法的光路都能用於實時全息干涉法中。只是全息乾版在處理以後要準確地復位。圖1是一種用於流動顯示中的實時全息干涉法的典型光路，用於風洞試驗研究中。

圖1

影響實時干涉法測量精度的因素有兩個。其一是曝光後的全息圖經顯影定影處理後的準確復位，這個問題採用乾版架或原位顯影等方法解決；其二是參考光強與物光強度之比對實時全息干涉條紋對比度的影響。實時全息干涉法中選取較大的參物比有利於改善條紋的對比度。但若參物比太大，則由於物光束的絕對光強太小，將導致全息干涉圖片上總照度下降。一般，取參物比為3。

數學分析

設流場未變化時的初始物光波 和參考光波 均為平面波。記錄平面（即 ， 平面）與物光波面相平行，初始物光波和參考光波的復振幅分別為：

參考光波：

初始物光波：

線上性記錄的條件下，由上述兩光波所記錄的全息圖透射率係數 按 式子有：

式中， 為未曝光時全息乾版的透射率； 為曝光時間； 為全息感光度。對於負片， 為負值，令 ，則 為正值。所以 式子可寫為：

其中 。

實時觀察時，用原參考光波 與流場變化後的被測試物光波 同時照射全息圖。由於流場是位相物體，被測試物光波 與原物光波 具有相同的實振幅，因此被測試物光波的復振幅 為：

其中， 為流場變化對光束干擾所產生的附加位相差。

實時再現時，在 ， 兩光波的照射下，全息圖衍射光波的復振幅為：

其中，用 代表上式中的第 項分量。各衍射光波分量 的物理意義如圖1所示。 ， ， 表示了用參考光 照明全息圖時再現的零級和正、負一級衍射像； ， ， 表示用被測物光波 照明全息圖時再現的零級和正、負一級衍射像。

其中 和 就代表了流場變化前後，初始物光波 與被測物光波 的相互干涉項。它們形成的干涉條紋即為實時全息干涉圖。因此可單獨考慮這二項。令 和 相疊加後的復振幅 為 ，則所顯示的實時全息干涉圖的光強分布為：

利用 和 兩式子，則：

由上式可知，在觀察視場中光強是按餘弦規律變化，亦具有雙光束干涉的特點，但與兩次曝光全息圖的光強分布函式不同，實時全息干涉圖的光強分布僅與一次曝光時間 有關。全息干涉條紋的形狀取決於被測流場變化前後兩物光波的位相差函式 ，即：

當 時，光強呈極大值， 。

當 時，光強呈極小值， 。

其中 。 和 兩個式子表明，由於光強分布中的位相含有 ，因而使得實時全息干涉圖中呈現亮暗條紋的條件與雙曝光全息干涉圖正好相反。但實時法的干涉方程仍與雙曝光法相同，即：

與雙曝光全息干涉法相似，實時全息干涉同樣也可以獲得無限寬條紋全息圖和有限寬條紋全息圖。只要在實時觀察時，將被測物光波相對於原始物光波的方向偏轉一微小的角度即可。