Расскажи друзьям!

Поверхностные процессы и их изучение с помощью лазерного

Поверхностные процессы и их изучение с помощью лазерного

спекла – коррелятора.

Если шероховатую поверхность или матовое стекло осветить на просвет, то распределение интенсивности излучения будет являться случайной функцией координат [1]. Источник света при этом должен быть когерентным. Данный эффект подвергался детальному исследованию во многих изданиях, однако наиболее полное приведено в работе [2].

На рис 1 изображена схема коррелятора, его составляющие: 1 – гелий-неоновый лазер, 2 – матовое стекло, 3,5 – объективы, 4 – спекл - транспарант, 6 – фотодетектор, 7 – цифровой осциллограф или компьютер.

Рис.1. (33KB)
Схема коррелятора.

Интервал корреляции, который является важным параметром спекл-эффекта интенсивности, определяется нижеследующей формулой, взятой из публикаций по теории случайных процессов:

(1)

В фундаментальной монографии [3] показано самое полное изложение данного вопроса, и близкое к оптическим явлениям. В вышеупомянутых источниках показано, что интервал корреляции для кругового пятна лазера на поверхности определяется следующим образом:

.

Здесь

d – размер лазерного луча по уровню на негладкой поверхности,

z – интервал между матовой поверхностью и плоскостью наблюдения,

λ – δлина волны лазера.

Вследствие воздействия на коррелятор таких случайные процессов, как износ от трения, концентрация частиц на поверхности или ее испарение, коррозия, и т.д. возникают случайные изменения микрорельефа. Из-за этого функции корреляции (1) уменьшается и принимает следующий вид:

(2)

где - распределение интенсивности перед началом процесса,

- интенсивность после начала процесса в момент времени t.

Метод измерения, описываемый формулой (2), реализуется посредством записи функции на фотопластине или в памяти компьютера и последующего измерения светового потока, прошедшем фототранспорант и имеющим интенсивность . Другой способ реализации – через запись функции в памяти компьютера и вычисление функции (2).

На практике метод осуществлялся для процесса исследования водяных паров, осаждающихся на матовую поверхность стекла. В качестве носителя информации о функции использовался негативный фототранспорант. Он изготовлен на фотопластине Agta Gevaert, которая была проявлена на месте экспозиции. Кремниевый фотодиод использовался как фотоэлектрический детектор, а с его выхода электрический сигнал после усиления подавался на запоминающий цифровой осциллограф.

Оптическая схема исследования поверхностных процессов на просвет показана на рис. 1. Исследуются на отражение и непрозрачные объекты, и в этом случае лазер и фототранспорант находятся по одну сторону от поверхности.

Рис.2. (62KB)
Результаты экспериментов.

На рис.2 показана скорость осаждения. Благодаря конденсации паров можно принять плотность вероятности распределения рельефного прироста поверхности равномерной и, исходя из этого, выполнять обработку электрического сигнала. С помощью вывода из [3] получена расчетная формула для корреляции 4-го порядка для комплексной амплитуды световой волны V, интенсивность которой .

Литература.

1. М. Франсон. Оптика спеклов. М., Мир, 1980.

2. Laser Speckle 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.