Лазерный спекл-коррелятор для исследования поверхностных процессов
Лазерный спекл-коррелятор для исследования
поверхностных процессов.
к. ф.-м. н. Пресняков
Ю.П.
Схема
коррелятора показана на рис 1 , где 1 v гелий неоновый лазер, 2 v мотовое
стекло , 3,5 v объективы, 4 v спекл v транспарант, 6 v фотодетектор, 7 v
цифровой осциллограф или компьютер.
Рис.
1 Схема коррелятора.
При
освещении шероховатой поверхности или матового стекла ?но просвет¦ при
когерентном источнике освещения распределение интенсивности излучения является
случайной функцией координат /1/. Подробное описание этого эффекта рассмотрено
во многих публикациях, наиболее полное приведено, на мой взгляд , в работе /2/.
Существенной характеристикой спекл-эффекта является интервал корреляции
интенсивности определяемой формулой:
(1)
которую
можно найти в книгах по теории случайных процессов. Наиболее полное изложение и
близкое к оптическим явлениям представлено в фундаментальной монографии /3/.
Как
показано в цитированных выще источниках, интервал корреляции имеет оценку для
кругового пятна лазера на поверхности:
где
,
-размер луча лазера на
шероховатой поверхности по уровню
,
- рассьояние от матовой
поверхности до плоскости наблюдения,
-длина волны лазера.
Случайные
процессы, такие как коррозия, истирание в результате трения, осаждение частиц
на поверхность или ее испарение и т.д. приводит к случайным изменениям
микрорельефа , что служит причиной уменьшения функции корреляции (1) которая в
этом случае принимает следующий вид:
(2)
где
- распределение
интенсивности до начала процесса,
- интенсивность в момент
времени 
после начала
процесса,
Реализация
метода измерения, описываемого формулой (2) осуществляется записью функции на фотопластине или в памяти
компьютера и в последующем измерении светового потока интенсивностью прошедшем фототранспорант или
записью функции в памяти
компьютера и вычисление функции (2).
Практическое
опробование метода осуществлялось для процесса исследования осаждения паров
воды на матовую поверхность стекла. Носителем информации о функции служил негативный
фототранспорант изготовленный на фотопластине Agta Gevaert, проявленной на
месте экспозиции. Фотоэлектрическим детектором служил кремниевый фотодиод, с
выхода которого электрический сигнал после усиления подавался на запоминающий
цифровой осциллограф. На рис. 1 показана оптическая схема исследования поверхностных
процессов ?на просвет¦. При исследовании непрозрачных объектов ?на отражение¦
лазер и фототранспорант находятся по одну сторону от поверхности.
Рис.2.
Результаты экспериментов.
Скорость
осаждения приведена на рис.2. Обработка Электрического сигнала выполнялась в
предположении равномерной плотности вероятности распределения прироста рельефа
поверхности благодаря конденсации паров. Расчетная формула получена с
использованием вывода из /3/ для корреляции 4-го порядка для комплексной
амплитуды световой волны
,
интенсивность которой
.
Список литературы
1.
М. Франсон. Оптика спеклов. М., Мир, 1980.
2. Laser Specle and Related Phenomena. Edited by J.C. Dainty.
Applied Physics. vol. 9. 1975.
p. 123-286.
3.
С.М. Рытов, Ю.А. Татарский. Введение в статистическую радиофизику. М. : Наука.
1978.