双通道偏光检测全息干涉计量术

　　在全息干涉计量领域中,愈来愈要求对动态物体和物体的三维特性进行记录检测,即对同一物体的多种状态进行记录、比较.对记录干板进行区域编码记录[1]和采用多路参考光进行编码记录技术[2]、实时全息术[1]和夹层全息术[3]也可进行多状态全息干涉计量,但需要有特殊的编码装置,如果影响参数相对较大并产生相当大的位相移动,则观察到的总的相移是有限的;而且光能利用率低,只能对物体的某一状态进行检测,技术上也很复杂.某些方法还不能对透明物体进行记录、检测.另外,在动态全息图的再现时,也采用频闪脉冲记录物体的全息像,用参考光的相移来实现相位检测(即多状态检测)[4],但通常需要三次以上的采样,这要求有高速、精确的数字系统进行数据采集、光程差的测量和参考光相位移动的控制,系统复杂,技术上的难度很高.

　　本研究在记录部分参考光用正弦光栅调制相位,记录物体各个状态,在再现观察时,采用偏振分光双通道技术,同时调节两再现参考光路中的正弦光栅,对物体的任意两个状态进行分析、比较.系统简便、灵活,利用正弦光栅解决了参考光的相移,实现了物体多状态的记录,偏振光解决了两状态的同时检测问题,为全息干涉计量提供了一种优越的方法.

　　1　多束参考光的全息原理

　　假定对物体的多个状态进行p次曝光,用p束不同的参考光.这时总的曝光量E为:

　　其中Onexp(in)和Rnexp(iθn)是第n次曝光时的物光和参考光.n是波面位相,θn是正弦光栅对相位的调制, tn是曝光时间.若记录是线性的,显影后的全息图振幅透过率与E成正比.

　　在全息式中τ0和γ是常数.在全息图精确复位后,在p束参考光中用任两束参考光照射,假如用参考光Rlexp(iθl)和Rmexp(iθm),这里l和m是从1到p的任何值.全息图透射光的复振幅是:

　　从公式(3)可以看出有4p个重现的波面,其中

　　这两束光处于物光方向,它们的叠加给出了第l次和第m次过程之间的干涉条纹.重现干涉条纹的光强分布是:

　　如果考虑形式为Rlexp{-i(θl+α)}和Rmexp{-i(θm+β)}的重现波面,上面处理可以规范化.这里的α和β是波面的初始位相.则两个重现波面的复振幅是:

　　干涉条纹的光强分布是:

　　式中(l-m)是第l次和第m次曝光之间发生的变化,项[(θl-θ′l)-(θm-θ′m)+(l-m)-(α-β)]是由于记录和重现参考光的不一致引起的.后面这些项改变了由(l-m)产生的条纹的方向和数目,通常全息干板的处理是在原位进行,以避免复位时引起的误差,因此可得到纯粹由(l-m)引起的条纹.