光折变全息干涉新技术及其应用研究

【摘要】：全息干涉技术可做到全场、定量、直观的无损检测,是现代光学检测计量的重要手段之一,在科学研究、工业检测、生物医疗及国防军事技术等领域具有广泛的应用,如:位移及形变测量、应变与应力分析、缺陷或损伤探测、振动模式可视化及测量、晶体和蛋白质生长过程监测、流体中密度场和热对流场的观察与测量、以及光学材料与器件的参数测量等。实际应用(尤其是工业及工程应用)要求全息干涉系统应具备以下性能:实时处理能力,能够重复使用,操作方便,能快速定量地给出测量数据。全息记录介质是决定全息干涉系统性能(如实时性、灵活性、所采用的光源、系统复杂程度及操作难易程度等)及其应用范围的主要因素。传统全息记录介质(如卤化银乳胶等)需要化学显影、定影处理,需要精确复位调整,无法做到实时处理,且不能重复使用。已有的一些实时记录材料也各有其局限性,例如:光导热塑材料的空间分辨率较低,不能连续多次曝光,高质量的胶片不易获得;光色材料的感光灵敏度较底,易疲劳。这些都限制了它们在全息干涉中的应用。 相比之下,光折变晶体作为全息干涉的记录介质则有其明显优点,如:可实时记录/读出和擦除、可无限制地重复使用、信息存储容量大、具有较高的灵敏度和分辨率等。在全息干涉中采用光折变晶体作为全息记录介质(光折变全息干涉),可充分发挥全息干涉与光折变晶体两方面的优点,可大大提高全息干涉系统的实时性、灵活性,使全息干涉技术更好地满足实用要求。在已有的关于光折变全息干涉研究的文献报导中,对光折变全息干涉的时间变化特性没有作系统深入的研究;在方法上以散斑干涉居多,在一些散斑干涉方法中还需附加空间光调制器及光学相关检测系统,使得装置复杂化而测量精度不高;在所用材料上,以铋硅族氧化物(BSO等)和LiNbO_3晶体居多,受材料光谱特性、灵敏性及衍射效率等方面的限制,光源多采用大功率激光光源,有时需要外加电场,使得系统体积较大、成本较高;在结构设计及应用研究范围等方面还有很大局限性,没能充分体现光折变全息干涉的优点和特点。因此,选用新的光折变晶体,采用新的系统结构和技术,探索新的应用领域,从理论与实践两方面进一步深化光折变全息干涉技术的研究,是十分必要的。本论文的研究工作,从理论与实践两方面对光折变全息干涉技术进行了深入研究,系统地研究了光折变全息干涉条纹衬比度的时间变化特性,提出了一系列新