Interférométrie Speckle — Speckle Interferometry

Cette technique interférométrique permet d’obtenir des champs de déplacements tridimensionnels avec une résolution intrinsèque de l’ordre de 50nm, pour une gamme de mesure limitée à 20µm entre deux états successifs. Nous pointerons ici l’avantage des techniques interférométriques dont la résolution de mesure est indépendante de la surface investiguée. En effet, la résolution des mesures est essentiellement liée à la longueur d’onde de la lumière. Fort d’une expérience en imagerie holographique et en interférométrie holographique, la technique d’interférométrie speckle s’est naturellement imposée au laboratoire. Elle utilise le speckle inhérent à tout objet optiquement rugueux éclairé par un laser, ou, plus généralement par une source cohérente. Un objet optiquement rugueux peut être soit un objet dont la rugosité de surface est de l’ordre de la longueur d’onde du faisceau d’éclairement, soit un objet spéculaire éclairé par une source diffusante (ex: un faisceau laser sur verre dépoli). Le speckle peut être soit objectif (pas de système d’imagerie pour former le speckle sur le détecteur), soit subjectif. La taille du speckle dépend alors des paramètres d’ouverture et de distance focale du système lentille-diaphragme placé en amont du détecteur (Fig.1 et 2).
Speckle interferometry (SI) leads to 3D displacement fields with resolution around 50nm, for measurement range around 20µm between two successive states. As already mentioned, this technique is not relative to magnification for the sensitivity but to wavelength. Therefore it is well applied to elactic mechanical sollicitation or soft refractive index changes. SI works thanks to speckle generated when a rough surface is imaged in coherent light. An object is rough when the relief surface is about the wavelength or it can be rendered rough when shining a mirror with light coming from a diffuser plate. Speckle can be objective or subjective, and then formed without or with an optical system presenting an aperture, respectively. The subjective speckle size can then be tuned by the aperture size, the distance of imaging or the wavelength (Fig.1 & 2).

 

On utilise la phase de l’interférence entre une figure de speckle et un faisceau de référence (speckle ou non) pour comparer deux états de l’objet. The interference phase between the object speckle and a reference beam (speckle or not) is then used to compare two different object states.

A cause de l’opérateur arctangente, la phase en enroulée entre 0 et 2PI, et doit donc être déroulée, soit spatialement soit temporellement.
From atan operator, the phase is wrapped around 2Pi and can be unwrapped, spatially or temporally.

Après le calcul de la phase, le déplacement est déduit de la géométrie de l’interféromètre, en fonction des vecteurs sensibilités et de leurs compositions.
After phase computing, sensitivity vectors and interferometer geometry yield to displacement measurements.

La combinaison intelligente de différentes sensibilités peut mener au déplacement 2D-3C.
Clever combinaison of different sensitivities can lead to 2D-3C displacement maps.

Différents cas d’application sont présentés ci-dessous (éprouvette entaillée et test d’adhésion).
Different applications are presented (notched specimen and adhesion test).

Interférométrie Holographique Numérique — Digital Holographic Interferometry

La différence principale avec l’interférométrie speckle est le calcul de la repropagation de l’onde objet. De plus, on peut réaliser des enregistrements holographiques de l’onde diffusée par l’objet, sans lentille d’imagerie. On enregistre de manière primitive le speckle objectif de l’objet combiné à un faisceau de référence. On peut procéder de la même manière avec l’image d’un objet, on enregistre alors un hologramme d’image en faisant interférer cette image , ou speckle subjectif, avec un faisceau de référence. Ces procédés peuvent être réalisées en ligne ou hors d’axe (Montage de Gabor ou de Leith-Upatnieks).
The main difference with speckle interferometry is the object wave back propagation computing, before phase subtraction. Numeric holograms from the object wave can be recorded lensless. But image holograms can also be recorded from the image of the object or subjective speckle interfering with a reference beam. These process can be carried out in line or out of axis (Gabor or Leith- Upatnieks setups)

Principaux montages et leurs différences de base

Une application en pollution marine a notamment été réalisée en collaboration avec Pascal Picart de l’ENSIM-LAUM. Un interféromètre de Mach Zender permet d’enregistrer les hologrammes d’une cuve où des gouttes de polluants remontent librement. L’enregistrement est en temps résolu à 1000 interférogrammes/s.
Marine pollution application has been carried out thanks to Prof Picart (ENSIM-LAUM). Mach Zender interfderometer enables recording real time holograms of free rising pollutant droplets. Time resolved recording is reached at 1000interferograms/s.

Interféromètre de Mach Zender

Les résultats sont en phase pure, après soustraction d’une phase de référence contenant notamment les aberrations générées par la fenêtre de blindage du capteur.
Pure phase results are obtained from subtraction of the reference phase comprising the aberrations generated from the sensor protection window. 

La video « upside-down » ci-dessous… Upside down video below

[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=77uXyBFuHTs[/youtube]

Le poster de FRINGE13 peut être téléchargé ici. Feel free to download the Fringe13 poster