1. Постановка задачи

Запись динамических голограмм сопровождается изменением дифракционной эффективности и интенсивности сигнальной волны во времени. Характер этого изменения определяется как физическими процессами, протекающими в регистрирующей среде под действием света, так и изменением в ходе записи динамической голограммы параметров записывающих голограмму волн [1-3].

В том случае, когда кинетика записи-стирания голограммы описывается экспоненциальной зависимостью, временные свойства регистрирующей среды определяются одним параметром: временем записи-стирания. В некоторых случаях вид временной зависимости дифракционной эффективности отличается от экспоненциального и требуется анализ кинетической кривой записи и стирания.

При определённых условиях временная зависимость дифракционной эффективности существует и при установившемся режиме записи голограммы. Например, при изменяющейся разности фаз, записывающих голограмму волн, когда объектом голографирования является некоторый процесс, приводящий к временной модуляции фазы одной из волн. Распределение интенсивности на голографическом изображении в этом случае изменяется не только от координат, но и во времени. Фактически оно является динамической интерферограммой голографируемого процесса. Расшифровка таких интерферограмм позволяет делать заключения о характере исследуемого процесса и определять его временные параметры.

Все вышеизложенные проблемы требуют обработки достаточно больших объёмов информации и в ряде случаев выполнения достаточно сложных математических операций с большими объёмами данных, которые можно осуществить только на ЭВМ. В связи с этим возникает задача аналого-цифрового преобразования сигнала, отражающего изменение дифракционной эффективности голограммы или интенсивности сигнальной волны. Другая задача, связанная с выбором оптимального режима записи динамической голограммы или проведением исследовательских работ, требует оперативного контроля процесса записи голограммы.

Для решения данных проблем наиболее подходящим методом является создание виртуального прибора, который может осуществлять аналого-цифровое преобразование и хранение информации на цифровых носителях. Наилучшим образом это можно реализовать в среде графического программирования LabVIEW.

2. Описание решения

Автоматизированная установка по измерению временных характеристик реверсивных сред состоит из аппаратной и программной частей. Аппаратная часть включает в себя плату АЦП, фотоприемники с предварительным усилителем и устройство, позволяющее модулировать лазерное излучение. Для реализации установки была выбрана АЦП плата Advantech PCI-1716. Выбор данной платы обусловлен тем, что совместно с ее относительной дешевизной она обладает хорошими техническими характеристиками. Кроме того, для платы имеются стандартные драйвера от фирмы производителя, совместимые со средой графического программирования LabVIEW.

Основные принципы работы виртуального прибора изложены в работе [4]. Программа построена в виде последовательности кадров. Каждый кадр программы имеет собственную логическую структуру и может содержать подкадры. Программа состоит из трех основных кадров. В первом кадре программы организовывается выбор режима работы прибора. Второй кадр программы (рис.1) соответствует работе прибора в режиме получения данных и содержит четыре подкадра . Третий кадр программы соответствует работе прибора в режиме просмотра результатов полученных ранее.

Рис. 1. Блок диаграммы

На рис.2 приведена лицевая панель управления автоматизированной установки, которая содержит три вкладки: «Шкалы», «Уровень» и «Управляющий сигнал». На вкладке «Шкалы» расположены элементы управления позволяющие задавать параметры временной развертки сигнала и чувствительностью прибора. На вкладке «Уровень» расположены элементы управления ждущим режимом записи, позволяющие выбрать уровень запуска по величине входного сигнала с любого из входов как по нарастанию, так и по спаданию входного сигнала. На третьей вкладке «Управляющий сигнал» расположены элементы управление модуляцией сигнала.

Сазданная автоматизированная установка была использована для исследования процесса фотохромных превращений перинафттиоиндиго. На рис. 3. приведена принципиальная схема эксперимента. Излучение от He-Ne лазера с длиной волны 632 нм с помощью зеркала направлялось на кювету. Прошедшее через кювету излучение регистрировалось фотоприемником. Часть излучения He-Ne лазера с помощью полупрозрачного зеркала направлялось на второй фотоприемник, который использовался для контроля мощности излучения при проведении эксперимента. С помощью заслонки можно было подавать излучение He-Ne лазера на кювету с определенной периодичностью. Исследование кинетики окрашивания проводилось для растворов перинафттиоиндиго в DMSO.

Рис.2. Интерфейс виртуального прибора

Рис.3. Принципиальная схема эксперимента

При частоте 0,01 Гц управляющего сигнала в течение 2000 секунд были получены данные с двух фотоприемников, что составляет 20 измерений в течение 50 секунд каждое. В течение первых 50 секунд раствор перинафттиоиндиго облучался излучением с длиной волны 488 нм, затем 50 секунд одновременно с излучением 488 нм подавалось излучение с длинной волны 632 нм. Полученные данные с фотоприемника 1 были нормированы на данные с фотоприемника 2. На рис. 4 приведены усредненные по 20 измерениям зависимости пропускания раствора перинафттиоиндиго при различных мощностях излучения Ge-Ne лазера. Среднеквадратичное отклонение при измерении пропускания составляло не более двух процентов.

Рис.4 а - источник 632 нм, 13 мВт; б - источник 632 нм, 7 мВт с — источник 632 нм, 3,5 мВт

3. Заключение

Создана автоматизированная установка для измерения временных характеристик реверсивных сред, позволяющая в режиме реального времени осуществлять двухканальную регистрацию сигнала с одновременной его обработкой, визуализацией и сохранения полученных данных на цифровых носителях. Программа, разработанная в среде графического программирования LabVIEW 7.0, позволяет оцифровывать сигналы с высокой частотой (до 125 кГц) параллельно усредняя полученные данные по необходимому количеству измерений. Продемонстрирована работоспособность установки в условиях реального эксперимента по исследованию кинетики окрашивания раствора перинафттиоиндиго.

Список литературы

1. Гаращук В.П., Гаращук Т.П., Камшилин А.А. Нестационарная запись голограмм в фоторефрактивных кристаллах. // Тезисы "1 Всесоюзная конференция по оптической обработке информации" Ленинград. 1988. С.68.

2. Гаращук В.П., Гаращук Т.П., Ивахник В.В., Камшилин А.А. Запись голограмм с модулированным во времени объектным пучком в фоторефрактивных кристаллах. // ЖТФ. 1990. Т.60. В.9. С.142-145.

3. Гаращук В.П., Ивахник В.В., Никонов В.И. Зависимость дифракционной эффективности динамической голограммы в обратимой фотохромной среде от температуры. // Опт. и спектр. 1998. Т.85. №4. С.671-676.

4. Царьков А.Н. Создание автоматизированной установки по измерению характеристик реверсивных сред / Сборник конкурсных докладов IV Самарский региональный конкурс-конференция научных работ студентов и молодых исследователей по оптике и лазерной физике. - Самара : ФИАН, 2006.