梁玲的光電檢測(cè)

實(shí)時(shí)全息測(cè)?技術(shù)1、全息術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介全息技術(shù)的思想最早是由英國(guó)科學(xué)家DennisGabor[1]于1948年提出的，由于受到光源等條件的限制，直到20世紀(jì)60年代第一臺(tái)激光器問世以來，全息技術(shù)才獲得了空前的發(fā)展.全息技術(shù)的主要特點(diǎn)是它不僅記錄了物體的振幅信息，而且記錄了物體的位相信息，從而更加真實(shí)地反映了原物體.其中數(shù)字全息技術(shù)是利用CCD等電荷耦合器件取代傳統(tǒng)光學(xué)全息中的記錄介質(zhì)來記錄全息圖，重建的過程在計(jì)算機(jī)中完成，因此數(shù)字全息不僅繼承了傳統(tǒng)全息的特點(diǎn)，而且還具有其自身的優(yōu)點(diǎn)：（1）沒有濕處理過程，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行圖像的獲取和處理.（2）數(shù)值重建既能得到重建光波場(chǎng)的強(qiáng)度分布，也能獲取相位信息.（3）采用脈沖激光作為光源時(shí)，曝光時(shí)間短.（4）數(shù)值重建還可以方便地進(jìn)行數(shù)字聚焦,容易實(shí)現(xiàn)三維觀測(cè).數(shù)字全息已經(jīng)被應(yīng)用于干涉計(jì)量、微小粒子檢測(cè)、器件形貌分析、微小形變與缺陷探測(cè)、顯微成像和記錄運(yùn)動(dòng)物體狀態(tài)等諸多領(lǐng)域.全息術(shù)的發(fā)展大約可分為4個(gè)階段（1）同軸全息術(shù)（2）離軸全息術(shù)（3）白光再現(xiàn)全息術(shù)（4）白光全息術(shù)。全息術(shù)具有三維、不可撕毀、再現(xiàn)像的縮放、信息容量大等特點(diǎn)。2、全息術(shù)工作原理全息技術(shù)的基本原理是:物體反射的光波與參考光波相干疊加產(chǎn)生干涉條紋被記錄的這些干涉條紋稱為全息圖。全息圖在一定的條件下再現(xiàn)，便可重現(xiàn)原物體逼真的圖像。自激光全息術(shù)發(fā)明以來，激光全息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍不斷拓展，對(duì)相關(guān)技術(shù)和行業(yè)的影響越來越大，尤其是近年來隨著激光全息技術(shù)與其它學(xué)科技術(shù)的綜合運(yùn)用，激光全息技術(shù)更展現(xiàn)了它的巨大應(yīng)用前景。基于這一點(diǎn)，對(duì)激光全息技術(shù)的應(yīng)用概況和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行較全面的研究和探討,以促進(jìn)激光全息技術(shù)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用水平的不斷提高，這對(duì)于推動(dòng)激光全息理論和技術(shù)的發(fā)展是有意義的。根據(jù)全息技術(shù)的基本原理，我們知道全息圖只是記錄了物光波和參考光波相干疊加時(shí)產(chǎn)生的一系列干涉條紋,要得到物體的再現(xiàn)像，必須對(duì)全息圖進(jìn)行重建處理.就光學(xué)全息和計(jì)算全息而言，其重建過程屬于光學(xué)再現(xiàn)過程，即將記錄物體全部信息的全息圖經(jīng)過一系列處理以后，用適當(dāng)?shù)墓庹彰魅D,光通過全息圖時(shí)的衍射光和衍射光之間的干涉形成了與原物光波相似的光波,構(gòu)成物體的再現(xiàn)像.對(duì)于數(shù)字全息來說,是先將CCD記錄的全息圖數(shù)字化，然后在計(jì)算機(jī)中重建物體的再現(xiàn)像。3、實(shí)時(shí)全息測(cè)量技術(shù)隨著全息術(shù)的迅速發(fā)展，全息技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已越來越廣泛。在這方面的技術(shù)也逐漸成熟了，但就全息測(cè)量技術(shù)方面，有很多測(cè)量技術(shù)，比如：雙曝光技術(shù)，實(shí)時(shí)全息干涉測(cè)量技術(shù)，時(shí)間平均干涉法等技術(shù)?，F(xiàn)單就實(shí)時(shí)全息測(cè)量技術(shù)做一下綜述。用實(shí)時(shí)全息干涉計(jì)量術(shù)配合高速攝影機(jī)進(jìn)行記錄是研究高速變化過程的一個(gè)重要方法。當(dāng)前人們關(guān)注的熱點(diǎn)是如何進(jìn)一步提高它的速度和分辨率以便進(jìn)一步記錄超高速的變化過程。這種裝置需要高速相機(jī)（幅頻每秒數(shù)千幀至數(shù)萬幀乃至每秒一，二十萬幀）和較強(qiáng)功率的激光光源實(shí)時(shí)全息干涉法的基本光學(xué)原理。實(shí)時(shí)全息干涉法是基于光的波動(dòng)性質(zhì)，利用光線通過流體的相位變化來定量研究流體折射率空間分布的計(jì)量技術(shù)。由流體的光相位變化可以得到流體密度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和濃度場(chǎng)的清晰干涉圖像，從而可以正確地推算出對(duì)應(yīng)的測(cè)量值。實(shí)時(shí)全息干涉法：就是使全息圖的再現(xiàn)相與實(shí)際物體相重疊，如果兩個(gè)狀態(tài)相比發(fā)生變化，在重疊區(qū)就會(huì)出現(xiàn)干涉條紋。隨著時(shí)間的推移，實(shí)際物體的狀態(tài)發(fā)生變化，干涉條紋就會(huì)隨之變化，反映出實(shí)際物體的變化。因此，稱之為實(shí)時(shí)全息干涉法。激光實(shí)時(shí)全息術(shù)是一種非常有用的檢測(cè)方法，它具有全場(chǎng)、實(shí)時(shí)、無接觸、高精度、高靈敏度等特點(diǎn)，已用于質(zhì)量控制、無損檢測(cè)、應(yīng)力分析、振動(dòng)分析等方面。光學(xué)全息干涉計(jì)量是現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)中的一種有力手段，它對(duì)被測(cè)對(duì)象不產(chǎn)生干擾，可做到全場(chǎng)、定量、實(shí)時(shí)、快速直觀的無損檢測(cè)，在科研生產(chǎn)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。小型半導(dǎo)體激光器的出現(xiàn)，使其走出實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)用的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法成為可能。但由于傳統(tǒng)全息干涉記錄材料的限制，使其不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)處理，因而不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀測(cè)。在光學(xué)全息干涉技術(shù)中采用光折變晶體代替感光膠片或干板作為記錄介質(zhì)，是近期國(guó)際上非?；钴S的一個(gè)研究領(lǐng)域，稱為光折變?nèi)⒏缮嬗?jì)量術(shù)。采用光折變晶體作為全息干涉的記錄介質(zhì)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）可實(shí)時(shí)記錄、再現(xiàn)和擦除，不需要任何化學(xué)處理過程，可重復(fù)使用，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)；（2）全息圖在晶體內(nèi)的存貯時(shí)間可在一個(gè)很大范圍內(nèi)選擇；通過選用不同的光折變晶體或給晶體以不同的摻雜元素和濃度，可以改變?nèi)D的存貯時(shí)間；需要時(shí)還可以用電、光、熱等方法在一些晶體中對(duì)全息圖進(jìn)行定影；（3）存貯信息量大4）具有足夠的靈敏度和很好的分辨率，并且由于它主要是對(duì)激光敏感，所以可適應(yīng)外界各種光照的環(huán)境。用玻璃或其他透明材料制作的光楔在光學(xué)實(shí)驗(yàn)和儀器中應(yīng)用非常廣泛。它的兩個(gè)基本參數(shù)是折射率和楔角。當(dāng)光楔的折射率和楔角有一個(gè)是已知量時(shí)，可以用很多種方法來測(cè)量另一個(gè)未知的量，但還沒發(fā)現(xiàn)有別的方法能同時(shí)測(cè)量光楔的折射率和楔角。本文旨在探索光折變實(shí)時(shí)干涉法在光學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用，提出一種能同時(shí)測(cè)量光楔的楔角和折射率的新方法。4實(shí)時(shí)全息干涉法的基本原理全息干涉計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用一般分兩類。第一類是全息干涉計(jì)量技術(shù)用于測(cè)量漫反射不透明物體的力學(xué)參數(shù)。第二類是全息干涉計(jì)量技術(shù)用于測(cè)量透射物體的力學(xué)和光學(xué)參數(shù)。當(dāng)光束通過一個(gè)透射物體，如光柵、感光膠片、全息照片、流場(chǎng)等時(shí)，它的復(fù)振幅將發(fā)生改變。光波的復(fù)振幅包含光波的兩個(gè)特征參量：實(shí)振幅與位相。因此透射物體對(duì)光波的作用又可分為兩種情況。如果透射物體僅影響透射光的實(shí)振幅，這種物體被稱為振幅物體，它的振幅透過率是實(shí)數(shù)，例如吸收型的感光膠片。如果透射物體僅影響透射光的位相，則稱之為位相物體，它的振幅透過率是復(fù)數(shù)。在熱物理的參數(shù)測(cè)試中，大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象是對(duì)光波透明的流場(chǎng)。它們對(duì)光波的吸收作用甚微，即對(duì)光波振幅的影響常常可以忽略。它們主要改變透射光波的位相，因而常稱之為位相物體，如氣流、火焰、等離子體等。由于本文是應(yīng)用全息干涉計(jì)量術(shù)來測(cè)量位相物體的物理量，因此下面僅介紹位相物體的全息干涉計(jì)量術(shù)。傳統(tǒng)實(shí)時(shí)全息干涉法的基本原理是：首先記錄一張位相物體未變化時(shí)物光波標(biāo)準(zhǔn)波面的全息圖。經(jīng)顯影、定影、處理后，將該全息圖準(zhǔn)確復(fù)位于光路中的原來位置。然后用位相物體變化后的被測(cè)試物光與參考光同時(shí)照射該全息圖，使直接透過全息圖的測(cè)試物光波與全息圖所再現(xiàn)的原始物光波相互干涉，從而獲得實(shí)時(shí)全息干涉圖。依據(jù)該干涉圖上條紋的變化情況確定被測(cè)定物理量。但傳統(tǒng)記錄材料不容易做到準(zhǔn)確復(fù)位，而用光折變晶體則可免去復(fù)位所帶來的操作復(fù)雜和不能準(zhǔn)確復(fù)位所產(chǎn)生的誤差。用光折變晶體作記錄材料的光折變實(shí)時(shí)全息干涉法和傳統(tǒng)方法的原理類似，只是免去了顯影、定影和復(fù)位的麻煩。其基本光路如圖3所示。圖3實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)金息干涉的光路圖激光全息干涉計(jì)量技術(shù)是對(duì)同一物體在兩個(gè)不同時(shí)刻用干涉計(jì)量法進(jìn)行比較因而可以探測(cè)物體在這段時(shí)間間隔內(nèi)所發(fā)生的任何微小變化，其準(zhǔn)確度可以達(dá)到光波的波長(zhǎng)量級(jí).實(shí)時(shí)全息干涉法的基本原理是:首先記錄一張位相物體未變化時(shí)的物光波的標(biāo)準(zhǔn)波面的全息圖.經(jīng)顯影和定影后，將該全息圖準(zhǔn)確復(fù)位于光路的原來位置.然后，用位相變化后的被測(cè)試物光與原參考光同時(shí)照射該全息圖，使直接透過全息圖的測(cè)試物光波與全息圖所再現(xiàn)的原始物光波互相干涉，從而獲得實(shí)時(shí)全息干涉圖.依靠該全息圖上的干涉條紋的變化情況確定被測(cè)物理量.在這一過程中，僅須一次曝光記錄位相物體未變化時(shí)的波面.然后就可以實(shí)時(shí)觀察位相物體變化后的波面變化情況因此，這種方式也稱為單次曝光全息干涉法.實(shí)時(shí)全息干涉法可以直接采用如圖1所示的光路圖，圖中O,R分別表示物光和參考光，UR0,UR1,UR-分別為參考光通過全息圖后的零級(jí)、一級(jí)和負(fù)一級(jí)衍射像，O,表示變化了的物光波UO0,UO1,UO-分別為變化后的物光波通過全息圖后的零級(jí)、一級(jí)和負(fù)一級(jí)衍射像圖1實(shí)時(shí)全息干涉法光路圖5、展望目前，全息技術(shù)的產(chǎn)品正越來越多地走向市場(chǎng)，而且這種新技術(shù)正以極大的魅力吸引著眾多的科技人員致力研究，其發(fā)展前景無限美好。下述課題的研究有可能成為全息術(shù)研究的熱點(diǎn)。1） 白光記錄和白光再現(xiàn)的全息圖將使全息術(shù)最終走出實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)入更廣泛的實(shí)用領(lǐng)域。2） 干涉計(jì)量用全息彩虹相機(jī)的研究，研制出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用的全息照相機(jī)；數(shù)字全息圖的研究。3） 模壓光柵全息圖的研究。這是將飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)引進(jìn)模壓全息工業(yè)的杰作，制作三維物體以及二維、三維物體混合的模壓光柵全息圖，將成為全息工作者要解決的問題。4） 納米級(jí)精度光學(xué)全息元件的研究。這是個(gè)學(xué)科交叉的課題，需要有相關(guān)技術(shù)與全息技術(shù)相結(jié)合才能完成。5） 尋找制作全息電影和全息電視的簡(jiǎn)捷。6） 全息顯微術(shù)：全息顯微術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、科研等方面。7） 全息顯示：全息顯示是指利用全息照片來重現(xiàn)十分逼真的物體的三維圖像。8） 全息干涉計(jì)量：目前，全息干涉計(jì)量分析在無損檢驗(yàn)、尺寸形狀和等高線的檢測(cè)、振動(dòng)分析等領(lǐng)域中已得到廣泛的應(yīng)用。全息干涉計(jì)量是全息應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。9） 全息信息存儲(chǔ):光全息存儲(chǔ)是依據(jù)全息學(xué)的原理，將信息以全息照相的方式存儲(chǔ)起來，光全息存儲(chǔ)不僅容量大，而且數(shù)據(jù)傳輸速率高，尋址時(shí)間短，比其它任何一種同時(shí)具有這些優(yōu)點(diǎn)的信息存儲(chǔ)技術(shù)更接近實(shí)用化階段。10） 計(jì)算全息：計(jì)算全息圖的物波不是來自真實(shí)物體的光波而是人們利用計(jì)算機(jī)算出的假想物體的物波函數(shù)一一物波的光場(chǎng)分布。通過計(jì)算機(jī)制成的全息圖，可將數(shù)量巨大的組合圖像進(jìn)行記錄，并能很好地平衡其顏色，為電子文檔和圖像處理系統(tǒng)開辟了嶄新的前景。11） 模壓全息：目前，很多國(guó)家的護(hù)照、身份證、信用卡、商標(biāo)、商品包裝上都用模壓全息作為防偽標(biāo)識(shí)，并不斷推出新技術(shù)打擊偽造者。12） 在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用：全息以它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)解決了許多其他技術(shù)難以解決的問題為疾的診治做出了貢獻(xiàn)。激光全息技術(shù)首先在眼科疾病診治的應(yīng)用中獲得了成功，一張全息照片所提供的信息相當(dāng)于480張普通眼底照片所提供的信息。超聲全息可用于醫(yī)療上的透視等。13） 軍事領(lǐng)域的應(yīng)用：全息技術(shù)可以彌補(bǔ)一般的空中、水下監(jiān)視系統(tǒng)的不足。例如，一般雷達(dá)系統(tǒng)只能探測(cè)到目標(biāo)的遠(yuǎn)近、方位和運(yùn)動(dòng)速度等，而全息監(jiān)視系統(tǒng)能提供目標(biāo)的三維圖像。這在國(guó)防軍事上具有重要意義，因?yàn)榧皶r(shí)識(shí)別目標(biāo)是飛機(jī)還是導(dǎo)彈，是潛艇還是魚雷，對(duì)采取對(duì)策極為重要。全息術(shù)應(yīng)用于軍事將使通