.
(13-1)
Při průchodu světelných paprsků nehomogenním transparentním objektem s indexem lomu n(x, y, z), viz obr. 13-1, dochází v důsledku různých rychlostí šíření paprsků jednak k fázovému posuvu paprsků a jednak k jejich zakřivování. Změna optické dráhy Do předmětového paprsku p vůči referenčnímu paprsku r, který prochází prostředím s indexem lomu noo, je dána křivkovým integrálem po dráze paprsku s
|
(13-1) |
Z rovnice je zřejmé, že změna optické dráhy je integrální veličinou, která se navíc mění po dráze paprsku, přičemž dráha paprsku je funkcí hledaného rozložení indexu lomu. Z uvedeného plyne, že interferometrický výzkum je vhodné provádět s objekty, které vykazují malé změny indexu lomu a pak lze zakřivení paprsků zanedbat. Chceme-li však provádět přesná měření, provádí se nejdříve vyhodnocení interferogramu za předpokladu přímočarého šíření světelných paprsků daným objektem a pak se aplikují korekce na zakřivení paprsků. Jelikož změna optické dráhy je integrální veličinou, lze interferometrii s výhodou uplatnit při výzkumu dvojrozměrných objektů o konstantní délce L, kdy se index lomu v objektu nemění ve směru šíření paprsků (ve směru z). Reálné dvojrozměrné objekty však vykazují na okrají tzv. okrajové efekty (např. tepelná mezní vrstva obepíná na okrajích celé vyhřívané těleso), a proto se (podobně jako u zakřivení paprsků) aplikují po přibližném vyhodnocení interferogramu korekce na okrajové efekty. Vliv okrajových efektů lze naopak snížit zvětšením délky objektu L, vliv zakřivení paprsků lze snížit zmenšením délky objektu L. Navíc je vhodné obraz zaostřit nejlépe na rovinu uprostřed délky L, jelikož se tím potlačí i difrakce na hranách objektu. Vzhledem k těmto požadavkům je vhodné volit délku objektu L optimálně. Korekce na zakřivení paprsků při průchodu transparentním objektem a korekce na okrajové efekty jsou podrobně popsány v lit. [2-3], [2-4], [3-1], [3-12].
Obr. 13-1 Šíření paprsků trojrozměrným transparentním objektem
Pozn.: Provádíme-li interferometrické pozorování transparentního objektu pouze jedním směrem, lze exaktně určovat pouze obrysy transparentních nehomogenit, nebo vyhodnocovat dvojrozměrné a rotačně symetrické nehomogenity. Pro vyhodnocení obecně trojrozměrného objektu je třeba použít holografickou tomografii s interferometrickým záznamem objektu z několika pohledů, viz též zařízení pro holografickou tomografii v kap. 13.10 a při vyhodnocování tomografických záznamů je třeba aplikovat postup uvedený v kap. 17.6.
Je zřejmé, že jistým technickým problémem může být spojení předmětových paprsků s referenčními paprsky, které je nezbytné, aby mohlo dojít k interferenci. Spojení předmětových paprsků s referenčními se obvykle provádí v zařízeních, která se nazývají interferometry, a to pomocí děliče svazků, který tyto svazky paprsků může také spojovat, viz obr. 13-2 (na obrázku je již zanedbáno zakřivení paprsků). Děličem bývá hranol, nebo také dělicí deska, ale ta musí být z jedné strany opatřena polopropustným zrcadlem (zde ze strany dopadu referenčního svazku) a na druhé straně musí mít antireflexní vrstvu, aby byly potlačeny další odrazy svazků.
Obr. 13-2 Schéma zařízení pro spojení interferujících svazků
Dělič může také sloužit pro seřízení interferometru na tzv. nekonečnou a konečnou šířku interferenčních proužků v referenční oblasti interferogramu, tj. místo v obraze, které se nachází mimo transparentní nehomogenitu. Při seřízení interferometru na nekonečnou šířku proužků prochází předmětový svazek hranolem přímo a referenční svazek je hranolem odkloněn do směru předmětového svazku. V referenční oblasti interferogramu je pak nekonečně široký interferenční proužek, který je obrazem homogenního okolí objektu. Při seřízení interferometru na konečnou šířku proužků prochází předmětový svazek hranolem rovněž přímo (mírně paralelně posunutý) a referenční svazek je hranolem odkloněn do směru, který svírá s předmětovým svazkem jistý úhel. Odklon může být proveden v různém prostorovém směru, čímž v referenční oblasti interferogramu získáme různě hustou a různě skloněnou osnovu interferenčních proužků - proužky konečné šířky. Tato osnova proužků se pak v oblasti nehomogenního transparentního objektu deformuje.
Kromě zařízení pro spojení interferujících svazků musí interferometr obsahovat také zařízení pro vytvoření těchto svazků, a to z jednoho zdroje, aby mohly být respektovány požadavky koherence. Interferometry mají tudíž dva svazky paprsků, které je třeba vytvořit a opět spojit. Oba svazky by měly mít přibližně stejnou optickou dráhu, jejíž rozdíl by měl být podstatně menší, než je koherenční délka použitého zdroje. Vhodným zdrojem světelného záření pro interferometry bývají lasery, ale lze také použít vysokotlaké rtuťové výbojky či jiskrové výboje, které je třeba obvykle doplnit o monochromatické filtry. U holografických interferometrů se používají výhradně kontinuálně či pulzně pracující lasery. Dalšími částmi interferometrů je zařízení pro záznam interferogramů (matnice, fotoaparát, kamera apod.), případně i zařízení pro instalaci měřených objektů. Konkrétní typy interferometrů popsané v dalších kapitolách se od sebe liší především způsobem rozdělení a opětného spojení světelných svazků, způsobem záznamu interference a počtem průchodů předmětového svazku měřeným objektem.
Pozn.: Výjimečně se jako zdroj pro interferometr používá bílé světlo, které má velmi malou koherenční délku, viz kap. 2.6. Využívá se však při zkoumání objektů s náhlými změnami indexu lomu (např. rázová vlna), kdy v jeho okolí vznikne několik barevně laděných interferenčních proužků, ze kterých lze vyhodnotit změnu interferenčního řádu.