Reduktion von Phasensingularitäten in der Speckle-Interferometrie mittels Kohärenzformung

Die Speckle-Interferometrie ist ein etabliertes Verfahren zur interferometrischen Vermessung rauher Objekte. *Obwohl die Rauhigkeit des Prüflings eine herkömmliche Phasenmessung stört, kann dennoch Objektinformation gewonnen werden, wenn die Resultate zweier verschiedener Messungen miteinander kombiniert werden.* So kann etwa die Deformation eines Prüflings unter einer Last bestimmt werden, wenn der Prüfling vor und nach dem Einwirken der Last vermessen wird. Alternativ dazu kann die Form des Objektes bestimmt werden, wenn Messungen bei zwei unterschiedlichen Wellenlängen vorgenommen werden. Aufgrund der Vielstrahlinterferenz, die von der Prüflingsrauhigkeit herrührt, weisen die erhaltenen Phasendaten jedoch sog. Phasensingularitäten auf, was mehrere Nachteile hat, s. Abb. 1. Zum ersten wird die Specklephase dadurch verrauscht. Zum zweiten können die Phasensingularitäten die Sprungstellen im Phasenbild an Stellen verwischen, an denen die Streifendichte hoch ist, so dass selbst ausgeklügelte Kontinuierungsalgorithmen oder Filtermethoden versagen.

 

 

Deshalb soll hier die Zahl der Singularitäten in der Specklephase mit Hilfe eines physikalischen Verfahrens reduziert werden. Dies wird durch eine Formung der räumlichen Kohärenz im Interferometer mit Hilfe von ausgedehnten (und möglicherweise strukturierten) Lichtquellen erreicht, was zu einer Mittelung von unabhängigen, zueinander inkohärenten Specklefeldern führt. Abbildung 2 zeigt den relevanten Teil eines Aufbaus, wobei eine scheibenförmige Lichtquelle verwendet wird.
 

Die Specklephase für eine Punktlichtquelle und eine scheibenförmige Lichtquelle sind in Abb. 3 für den Fall einer Deformationsmessung gezeigt. Die Specklephase ist im letzteren Fall deutlich glatter, die Zahl der Phasensingularitäten im Feld ist stark zurückgegangen.
 

Eine ausgedehnte, flächige Lichtquelle schränkt allerdings die Flexibilität im Interferometer ein, da die optischen Wege in Objekt- und Referenzarm einander angeglichen werden müssen, um einen hohen Specklekontrast zu erzielen. Andere Lichtquellenformen können diese Einschränkung aufheben, u.a. periodische Lichtquellen oder Ringstrukturen.

 

Der Mechanismus hinter dem Reduktionsprozeß beinhaltet subtile Effekte wie eine Änderung der effektiven Specklegröße aufgrund der inkohärenten Mittelung, sowie eine Erhöhung der Korrelation zwischen den Phasensingularitäten der beiden Messfelder vor und nach der Deformation. 

 

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