التداخل الهولوغرافي

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

التداخل الهولوغرافي ( HI ) [ 1 ] [ 2 ] تقنيةٌ تُتيح قياس الإزاحات الساكنة والديناميكية للأجسام ذات الأسطح الخشنة بصريًا بدقةٍ عاليةٍ جدًا (أي لأجزاءٍ من طول موجة الضوء). يُمكن تطبيق هذه القياسات في تحليل الإجهاد والانفعال والاهتزاز، بالإضافة إلى الاختبارات غير المتلفة وقياس جرعات الإشعاع . [ 3 ] كما يُمكن استخدامها للكشف عن تغيرات طول المسار البصري في الأوساط الشفافة، مما يُتيح، على سبيل المثال، تصوير وتحليل تدفق السوائل. ويمكن استخدامها أيضًا لإنشاء خطوطٍ تُمثل شكل السطح.

التصوير المجسم هو عملية من خطوتين: تسجيل مجال الضوء المنحرف المتناثر من جسم ما، ثم معالجة الصورة. يمكن تحقيق هذه العملية باستخدام ألواح التصوير الفوتوغرافي التقليدية أو باستخدام مصفوفة مستشعرات رقمية ، في التصوير المجسم الرقمي . إذا تم دمج المجال المسجل مع المجال المباشر المتناثر من الجسم، فسيكون المجالان متطابقين. أما إذا طرأ تشوه طفيف على الجسم، فستتغير الأطوار النسبية للمجالين الضوئيين، مما يسمح بملاحظة التداخل. تُعرف هذه التقنية باسم قياس التداخل المجسم المباشر.

من الممكن أيضاً الحصول على أهداب التداخل عن طريق تسجيل حقل الضوء المتناثر من الجسم مرتين على نفس وسيط التسجيل. قد تتداخل حقول الضوء المُعاد بناؤها لتُشكّل أهداب تداخل تُحدّد إزاحة السطح. يُعرف هذا باسم التصوير المجسم "للأهداب المُجمّدة".

يرتبط شكل نمط الهدب بالتغيرات في موضع السطح أو ضغط الهواء.

تم تطوير العديد من طرق تحليل هذه الأنماط في السنوات الأخيرة.

اكتشاف

نشرت عدة مجموعات بحثية أوراقًا بحثية عام 1965 تصف التداخل الهولوغرافي. [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] وبينما أجرى يوريس أوباتنيكس أولى الملاحظات للظواهر التي يمكن نسبها إلى التداخل الهولوغرافي عام 1963 [ 7 ] ، لم تُفهم السمة الأساسية لهذه العملية إلا بعد عمل باول وستيتسون. [ 1 ] أُجريت تجاربهم خلال الفترة من أكتوبر إلى ديسمبر 1964، وبدأوا بدراسة طول التماسك الدوري لليزر الهيليوم-نيون المستخدم. استُخدم شعاع الليزر المضغوط لإضاءة بقعة على جسم صغير وُضع بين مرآتين بحيث يمكن رؤية صورته عند النظر فوق إحدى المرآتين إلى نفق الانعكاسات المتعددة بينهما. كان  طول مسار كل صورة أكبر بمقدار 10 سم من الصورة التي تسبقها. نظراً لأن هذه الليزرات تحتوي على ثلاثة أنماط طولية تقريباً، فإن طول تماسكها دوري، كما وصفته الشركة المصنعة، سبيكترا فيزيكس، بالتعاون مع شركة بيركن إلمر. وقد تم إثبات ذلك من خلال تسجيل صورة ثلاثية الأبعاد للمنظر فوق إحدى المرايا.

في إحدى الصور المجسمة، لوحظ وجود شريط داكن في أقرب صورة إلى الصورة المجسمة، ولوحظ تغير موضعه بتغير المنظور. لم يكن هذا الشريط مرئيًا في شعاع الليزر الأصلي، ولا بد أنه ناتج عن عملية التصوير المجسم. يتكون تجويف الليزر البؤري من مرآة كروية عند طرف الخرج ومرآة مستوية عند مركز الانحناء في الطرف الآخر. يتحكم ضبط المسافة الطولية في عدد أنماط التذبذب خارج المحور، ولوحظ أن الليزر يتذبذب في أكثر من نمط محوري واحد. كانت أنماط الليزر المتعددة غير متماسكة ولم تتداخل في شعاع الليزر المرئي، فلماذا إذًا تداخلت في إعادة بناء الصورة المجسمة؟ طرح ستيتسون فكرة أن كل نمط موجود في كل من الجسم وفي شعاع المرجع ، وأن كل زوج يسجل صورة مجسمة منفصلة على اللوحة الفوتوغرافية . عند إعادة بناء هذه التسجيلات، تم إعادة بناء كلا التسجيلين في وقت واحد من نفس شعاع الليزر، وأصبحت الحقول متماسكة فيما بينها. اعترض باول على هذه الفكرة، لأنها تعني ضمناً أن الهولوغرام لديه القدرة على إعادة بناء الحقول بشكل متماسك، حتى وإن كانت غير متماسكة أثناء تسجيلها.

أدت المناقشات الناتجة إلى سلسلة من التجارب التي نُشرت لاحقًا في عام 1966. [ 8 ] وتضمنت هذه التجارب ما يلي: (1) تسجيل انعكاس شعاع ليزر مُركّز مع التقاط شعاع المرجع بالكامل على الهولوغرام، وضبط الليزر لمجموعات من الأنماط خارج المحور. (2) تسجيل هولوغرامات بتعريض مزدوج لجسم ما، حيث تم تدوير الجسم ومرآة شعاع المرجع والهولوغرام نفسه قليلاً بين التعريضات. (3) تسجيل هولوغرامات لقاع علبة  فيلم 35 مم أثناء اهتزازها. وفي وقت لاحق، في أبريل 1965، حصل ستيتسون وباول على أنماط تداخل في الوقت الحقيقي بين جسم حقيقي وإعادة بنائه الهولوغرافي. [ 9 ]

التطبيقات

قياس الاهتزاز بالليزر

منذ ظهورها، أصبحت قياسات الاهتزاز باستخدام التداخل الهولوغرافي شائعة الاستخدام. وقد أظهر باول وستيتسون أن أهداب الهولوغرام المتوسط ​​زمنيًا لجسم مهتز تتوافق مع أصفار دالة بيسل.ج0(ϕ){\displaystyle J_{0}(\phi )}، أينϕ(x،y){\displaystyle \phi (x,y)}يمثل عمق تعديل طور المجال البصري عندx،y{\displaystyle x,y}على الجسم. [ 1 ] باستخدام هذه الطريقة، يمكن تقييم سعة الاهتزاز الموضعي عن طريق عدّ الأهداب. في العمل الذي أورده ألكسوف، [ 10 ] تم تغيير تردد شعاع المرجع لاختيار نطاق جانبي واحد من رتبةن{\displaystyle n}في هذه الحالة، تكون الأهداب الخاصة بالشريط الجانبين{\displaystyle n}تتوافق مع أصفار دالة بيسلجن(ϕ){\displaystyle J_{n}(\phi )}بفضل التصوير المتسلسل للنطاقات الجانبية الترددية، تم التغلب على مشكلة عدّ الأهداب. [ 11 ] يُعدّ ترتيب النطاق الجانبي مؤشرًا على السعة المحلية للحركة الجيبية خارج المستوى. تُمكّن القياسات المتعددة للنطاقات الجانبية البصرية [ 12 ] [ 13 ] من إجراء قياسات كمية لسعات الاهتزاز خارج المستوى، وهي أصغر بكثير من الطول الموجي البصري.

التصوير بالليزر دوبلر

في التكوين خارج المحور، وباستخدام كاميرا بطيئة وثنائي ليزري ، تتميز تقنية التداخل الهولوغرافي بحساسية كافية لتمكين تصوير التذبذبات الضوئية في السعة والطور باستخدام ليزر دوبلر في مجال واسع، سواءً باستخدام كاميرا بطيئة أو سريعة. تسجل الكاميرا البطيئة (بمعدل فيديو مثلاً) صور التداخل الهولوغرافي المتوسطة زمنيًا، مما يؤدي إلى ترشيح تمرير منخفض لإشارة التذبذب الضوئي. بتغيير تردد شعاع المرجع، يتحول مرشح التمرير المنخفض إلى مرشح تمرير نطاقي متمركز عند تردد الانحراف، ويمكن إجراء كشف وتصوير انتقائي ضيق النطاق. تتيح هذه الطريقة تصوير تدفق الدم في الأوعية الدموية الدقيقة، [ 14 ] وقياس مخططات التحجم الضوئي في مجال واسع عن طريق كشف حركة الأنسجة خارج المستوى. [ 15 ] يتيح النطاق الزمني الواسع لكاميرا عالية الإنتاجية الكشف والتحليل واسع النطاق للتذبذبات الضوئية. ويمكن استخدامها لتصوير تدفق الدم النبضي. [ 16 ] [ 17 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 باول آر إل وستيتسون كيه إيه، 1965، مجلة الجمعية البصرية الأمريكية، 55، 1593-8
  2. ↑ جونز ر. وويكس س.، التداخل الهولوغرافي والتداخل البقعي، 1989، مطبعة جامعة كامبريدج
  3. ↑ بيج زاده، أ.م. (2017). "نمذجة مقياس السعرات الحرارية القائم على التداخل الهولوغرافي لقياس جرعات الإشعاع". الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء أ . 864 : 40-49 . Bibcode : 2017NIMPA.864...40B . doi : 10.1016/j.nima.2017.05.019 .
  4. ↑ بروكس، ر. إي.، هيفلينجر، ل. أو.، وويركر، ر. ف.، 1965، قياس التداخل باستخدام شعاع مقارنة معاد بناؤه هولوغرافيًا، رسائل الفيزياء التطبيقية، 7، 248-249
  5. ↑ كولير آر جيه، دوهرتي إي تي وبينينجتون كيه إس، 1965، تطبيق تقنيات موير على التصوير المجسم، رسائل الفيزياء التطبيقية، 7، 223-5
  6. ↑ هاينز كيه إيه وهيلدبراند بي بي، 1965، توليد الخطوط الكنتورية عن طريق إعادة بناء الجبهة الموجية، رسائل الفيزياء، 19، 10-11
  7. ↑ هاينز، ك، 2006، مجلة التصوير المجسم، 3، 35
  8. ↑ ستيتسون كيه إيه وباول آر إل، 1966، مجلة الجمعية البصرية الأمريكية، 56، 1161-6
  9. ↑ باول آر إل وستيتسون كيه إيه، 1965، مجلة الجمعية البصرية الأمريكية، 55، 1694-5
  10. ↑ سي سي ألكسوف (1971). "التصوير المجسم المُعدَّل زمنيًا". البصريات التطبيقية . 10 (6): 1329-1341 . Bibcode : 1971ApOpt..10.1329A . doi : 10.1364/AO.10.001329 . PMID 20111115 . 
  11. ↑ ف. جود؛ ف . فيربيلات؛ ف. لالوي؛ م. أتلان؛ ج. هير؛ م. غروس (2009). "قياسات هولوغرافية خالية من الهدب للاهتزازات ذات السعة الكبيرة". رسائل البصريات . 34 (23): 3698-3700 . arXiv : 1003.5999 . Bibcode : 2010arXiv1003.5999J . doi : 10.1364/ol.34.003698 . PMID 19953166. S2CID 6180061 .  
  12. ↑ ن. فيرير؛ م. أتلان (2013). "القياس المطلق للاهتزازات ذات السعة الصغيرة باستخدام التصوير المجسم غير المتجانس المتوسط ​​زمنيًا مع مذبذب محلي مزدوج". رسائل البصريات . 38 (5): 739-41 . arXiv : 1211.5328 . Bibcode : 2013OptL...38..739V . doi : 10.1364/OL.38.000739 . PMID 23455283. S2CID 1072347 .  
  13. ↑ برونو، ف.؛ لوديرو، ج.ب.؛ ليسافري، م.؛ فيرييه؛ أتلان، م. (2014). "التصوير المجسم غير المتجانس ضيق النطاق الحساس للطور". البصريات التطبيقية . 53 (7): 1252-1257 . arXiv : 1301.7532 . Bibcode : 2014ApOpt..53.1252B . doi : 10.1364/AO.53.001252 . PMID : 24663351. S2CID : 11864797 .  
  14. ↑ أتلان، م.؛ غروس، م.؛ فورجيه، ب.؛ فيتاليس، ت.؛ رانسيلاك، أ.؛ دان، أ. (أغسطس 2006). "التصوير الحيوي بتقنية دوبلر الليزري واسع المجال في المجال الترددي" . مجلة أوبتكس ليترز ، 31 (18): 2762-2764 . رمز Bibcode : 2006OptL...31.2762A . doi : 10.1364/ol.31.002762 . PMID 16936884 . 
  15. ↑ جيفري بينكتو؛ بيير باجنو؛ توماس كوستاس؛ سام بيات؛ مايكل أتلان (2015). "التصوير المجسم بالليزر دوبلر لتدفق الدم النبضي". مجلة البصريات الطبية الحيوية . 20 (6) 066006. arXiv : 1501.05776 . Bibcode : 2015JBO....20f6006B . doi : 10.1117 / 1.JBO.20.6.066006 . PMID 26085180. S2CID 20234484 .  
  16. ↑ ليو بويو؛ إيزابيل فيريزو؛ أرميل رانسياك؛ مانويل سيمونوتي؛ ميشيل باكيس؛ خوسيه آلان ساهل ؛ ماتياس فينك ؛ مايكل أتلان (2015). "تصوير تدفق الدم النبضي في الأوعية الدموية الدقيقة بواسطة تحليل تحويل فورييه قصير المدى للتداخل الهولوغرافي الليزري فائق السرعة". arXiv : 1510.01892 [ physics.med-ph ].
  17. ↑ ماتيلد بيليزاري؛ مانويل سيمونوتي؛ جولي ديغاردان؛ خوسيه آلان ساهل ؛ ماتياس فينك ؛ ميشيل باكيس؛ مايكل أتلان (2016). "التصوير المجسم البصري عالي السرعة لتدفق الدم في الشبكية". رسائل البصريات . 41 (15): 3503-3506 . arXiv : 1607.07800 . Bibcode : 2016OptL...41.3503P . doi : 10.1364/OL.41.003503 . PMID: 27472604. S2CID : 40781583 .  
  • التداخل الهولوغرافي (جامعة إدنبرة)
  • التداخل الهولوغرافي (جامعة وارويك)
  • التداخل الهولوغرافي (جامعة رايس)
  • قياس التداخل
  • برنامج Holovibes لعرض الصور المجسمة في الوقت الحقيقي