Голографирование документов

Голографическая интерферометрия 
 

Интерференция наблюдается при сложении двух волн, когда при условии их когерентности, т.е. постоянной разности фаз этих волн, возникает характерное пространственное распределение интенсивности света -- интерференционная картина. Фотопластинка-детектор регистрирует это в виде чередующихся светлых и темных полос, или интерферограммы.  

Для определения  остаточных напряжений применялась  и обычная интерферометрия, но эту  работу можно было провести только в хорошо оборудованной лаборатории: требовалась специальная подготовка поверхности исследуемого объекта, придание ей правильной формы, специальное освещение и оборудование.  

Когда создали  лазер, т.е. источник излучения с  высокой пространственной и временной когерентностью, стала развиваться оптическая голография -- способ записи и восстановления световых волн, рассеянных объектом и несущих информацию о его форме (т.е. трехмерного образа объекта). Некоторые методики интерферометрии сильно упростились, так как снялись проблемы освещения и подготовки поверхности.  

Принципиальная  оптическая схема для записи голограммы по Лейту--Упатниексу показана на рис.1. Луч лазера (1) расширяется линзой (2) и делится полупрозрачным зеркалом (3) на две части. Одна часть -- это опорный луч (ОЛ) -- проходит через зеркало и сразу падает на фотопластинку-детектор (5). Вторая часть, отраженная от зеркала, освещает объект (4) и, диффузно рассеянная им, проходит через линзу (6) и тоже падает на детектор. Это предметный луч (ПЛ).  

Рис.1. Принципиальная схема записи голограммы Лейта--Упатниекса: 1 -- лазер, 2 -- линза, 3 -- полупрозрачное зеркало, 4 -- объект, 5 -- фотопластинка-детектор, 6 -- линза в режиме лупы, ОЛ -- опорный  луч , ПЛ -- предметный луч. 

Заметим, что  наличие линзы (6) не принципиально для записи голограмм, однако необходимо для измерения остаточных напряжений. Линза находится на фокусном расстоянии от объекта и поэтому работает в режиме лупы: на фотопластинке записывается не весь образ объекта, а малая, но увеличенная в 2--5 раз, его часть -- область поверхности с отверстием. Это помогает рассмотреть довольно плотно расположенные (особенно на кромке отверстия) полосы интерферограммы.  

С развитием  голографии возникла голографическая  интерферометрия, выполняемая гораздо проще, чем обычная, с меньшими затратами и ограничениями. Ее сущность такова: если совместить две голограммы объекта, записанные в различное время при разных состояниях поверхности объекта (один из способов -- записать на одну фотопластинку), то при освещении этой фотопластинки лазерным лучом возникает результирующая интерферограмма, отражающая разницу геометрических состояний объекта. Линии интерферограммы показывают как перемещения целого объекта, так и деформацию его поверхности. Общие и локальные перемещения обычно хорошо разделяются.  

Голография позволила  исследовать объекты с любым, самым замысловатым рельефом. Подготовка поверхности стала минимальной. Главное -- ее микрорельеф не должен измениться за время исследования. Другими словами: очистить, промыть и не загрязнить -- требования на бытовом уровне.  

Осталось несколько  важных условий: интерферометрическую установку надо прочно крепить на объекте (или объект на установке), а  одна из ее измерительных частей должна сниматься, чтобы не мешать сверлению, и надежно возвращаться на прежнее место. Для такого возврата существуют относительно простые методы, например: на одной части разъема по окружности расположены три стальных шарика с расстоянием по дуге 120°, а на ответной стальной части -- три радиальных шлифованных паза под тем же углом. Такое устройство обеспечивает съем и возврат снимаемой части в прежнее положение с точностью до 0.1 мкм. Оно хорошо работало в стационарной лабораторной измерительной установке. В дальнейшем были разработаны оптические схемы, позволявшие исключить движущиеся части. Эти схемы были заложены в основу переносных приборов.  

Сущность способа  определения остаточных напряжений методом зондирующей лунки в  сочетании с голографической  интерферометрией заключается в  следующем. Во время первой экспозиции записывается голограмма окрестности будущей лунки на поверхности объекта в исходном состоянии. Потом создается возмущение поверхности тела (например, путем высверливания или травления малой лунки), что позволяет проявиться остаточным напряжениям: изъятие малого объема приводит к локальным упругим перемещениям, пропорциональным остаточным напряжениям. Далее записывается голограмма возмущенной таким образом поверхности тела. В результате наложения голограмм при их одновременном восстановлении упругие перемещения поверхности в окрестности лунки выявляются в виде интерферограммы. Она наглядна и проста для расшифровки: в случае регистрации нормальной компоненты перемещений (перпендикулярной к исходной поверхности тела), полосы интерферограммы являются линиями уровня, т.е. равных перемещений, отличающихся по высоте на половину длины волны лазерного излучения~ 0.3 мкм (рис.2).  

Оси симметрии  интерференционной картины совпадают  с направлениями экстремальных (главных) растягивающих и сжимающих остаточных напряжений. Величина напряжений пропорциональна числу интерференционных полос, причем цена полосы зависит от упругих свойств материала и от диаметра и глубины лунки и определяется по графикам (рис.3), рассчитанным на основании решения трехмерной задачи теории упругости.  

Объем необходимых  вычислений для получения значений напряжений очень мал, и они могут  быть выполнены оператором сразу  же при получении и наблюдении интерференционной картины. При  этом, в отличие от тензометрирования, где измерения выполняются для отдельных точек, данный метод регистрирует линии уровня перемещений по всей области поверхности тела в окрестности зондирующей лунки, что позволяет визуально определять направления главных напряжений и делать качественные выводы о свойствах напряжений еще до подсчета числовых значений соответствующих величин.  

Тем самым были созданы основы метода для массовой лабораторной работы по измерению остаточных напряжений. Начались исследования остаточных напряжений в сварных соединениях  и отработка режимов сварки стали, алюминия, титана, магния. Вначале работа велась с образцами на лабораторном стенде. Новая методика оказалась эффективной при отработке технологии электронно-лучевой сварки и локальной термической обработки образцов разного сечения (плоских, тавровых, цилиндрических, сферических) из высокопрочных сталей разных марок и титановых сплавов.  

По мере накопления опыта был сделан следующий важный шаг -- создан переносной прибор, который  работал не только в лаборатории, но и в цеху и на открытом воздухе. С этим прибором в заводских условиях выполнена комплексная программа по отработке режимов сварки и локальной термической обработки титановых крупногабаритных сосудов высокого давления объемом 1000 л, рассчитанных на рабочее давление 300 атм. Разработка новой технологии шла при непрерывном контроле остаточных напряжений. В итоге технология изготовления сосудов была значительно изменена, удешевлена, а качество изделия повышено. Это исследование проводилось в цехах Авиационного научно-технического комплекса им. А.Н. Туполева. С этим же прибором были сделаны первые выезды на строящуюся Курскую АЭС и Астраханский газоперерабатываюший завод, где измерялись сварочные напряжения в реальных конструкциях в трудных климатических условиях. В сотрудничестве с Конструкторским бюро им. С.А. Лавочкина была усовершенствована технология сварки и режимов термической обработки сварных соединений ряда алюминиевых сплавов, а также выполнена экспертная работа по установлению причин саморазрушения корпуса одного из космических аппаратов во время хранения.  

На основе проведенных  исследований создано несколько  видов портативных голографических  систем для измерения напряжений под общим названием ЛИМОН -- лазерно-интерферометрический метод определения напряжений, и с помощью этих систем выполнена программа по отработке режимов сварки и локальной термической обработки титановых крупногабаритных сосудов высокого давления объемом 1000 л, рассчитанных на рабочее давление 300 атм. Разработка новой технологии шла при непрерывном контроле остаточных напряжений. В итоге технология изготовления сосудов была значительно изменена, удешевлена, а качество изделия повышено. Это исследование проводилось в цехах Авиационного научно-технического комплекса им. А.Н. Туполева. С этим же прибором были сделаны первые выезды на строящуюся Курскую АЭС и Астраханский газоперерабатываюший завод, где измерялись сварочные напряжения в реальных конструкциях в трудных климатических условиях. В сотрудничестве с Конструкторским бюро им. С.А. Лавочкина была усовершенствована технология сварки и режимов термической обработки сварных соединений ряда алюминиевых сплавов, а также выполнена экспертная работа по установлению причин саморазрушения корпуса одного из космических аппаратов во время хранения.  

На основе проведенных  исследований создано несколько  видов портативных голографических  систем для измерения напряжений под общим названием ЛИМОН -- лазерно-интерферометрический метод определения напряжений, и  с помощью этих систем выполнена  большая работа, как плановая, так и экспертная, по измерению остаточных напряжений в различных технических объектах на заводах и полигонах. Накопленный опыт использовался при создании каждой следующей измерительной системы.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Голографические диски HVD

Общие сведения о голографических дисках 

На смену уходящим поколениям оптических дисков (CD, DVD, BR(HD)-DVD, FVD, EVD, UDO) пришло новое поколение -- HVD (Holographic Versatile Disk) -- многоцелевые голографические  диски, кардинально отличающиеся от всех вышеперечисленных способом оптического хранения информации. 

Существуют две  конкурирующие технологии голографической  записи от фирм Optware (Япония) и Inphase Techologies (США). За Optware стоят CMC Magnetics, Fuji Photo Film, Nippon Paint, Pulstec Industrial Toagosei, Toshiba, Panasonic, Intel Capital и Sony, а за Inphase Techologies -- Hitachi-Maxell, Bayer MaterialScience и Imation. 

Характеристики HVD-дисков и приводов, текущие и  планируемые (в процессе совершенствования  технологий могут меняться): 

Inphase-Techologies: 

· Объём -- до 1,6 Терабайта (первые диски будут иметь объем 300 а затем 800 Гигабайт). 

· Плотность  записи -- 350 (и даже уже 515) Гбит на квадратный дюйм. 

· Скорость записи-считывания информации -- до 960 Мбит/с (первые диски -- 160 а затем 640 Мбит/с). Запись или считывание 1 миллиона бит за раз. 

· Скорость случайного доступа в режиме чтения -- 200 мс 

· Диаметр диска -- 5,25 дюйма (130 мм, на 10 мм больше обычных CD) 

· Толщина диска -- 3,5 мм. (толщина основания -- 1 мм, толщина  записывающего слоя 1,5 мм, толщина защитного слоя -- 1 мм.) 

· Длина волны  лазера -- 405 нм (синий). Носители поддерживают 400-410 нм. 

· Длительность хранения информации -- 50 лет. 

· Стоимость  диска на начальном этапе будет  порядка 100 долларов, а привода -- порядка 3000. 

Optware: 

· В отличие  от классического (двухосевого), Optware применила  метод поляризованной коллинеарной голографии (оба луча, опорный и  информационный, проходят через одну линзу, а для того, чтобы лучи не мешали друг другу, их поля развернуты друг относительно друга, т.е. лучи по разному поляризованы). Эта технология также обещает совместимость с предыдущими поколениями оптических дисков за счет работы красного лазера, использующегося при работе с голографическим диском для управления сервоприводом. Кроме того, такая оптическая система компактнее классической. 

· Объём -- до 3,9 Терабайт (первые диски будут иметь объем 100, 200, 500 а затем и 3,9 Тб при расстоянии между центрами перекрывающихся  голограмм 18, 13, 8 и 3 мкм соответственно). 

· Диаметр диска -- 120 мм (как у обычных CD). 

· Длина волны  лазера -- 532 нм (зелёный) для данных и 650 нм (красный) для сервосистемы и  для чтения предыдущих форматов оптических дисков. 

· Размер страницы данных на пространственном световом модуляторе -- 3 мм, размер одного пикселя страницы -- 13,7 мкм 

· Диаметр страницы данных на носителе -- 200 мкм. 

И тот и другой тип оптическтих дисков планируется  размещать в защитный картридж. Таким  образом, внешне они будут напоминать пятидюймовые дискеты.