ホログラフィック干渉法

ホログラフィック干渉法（HI）^{[1] [2]}は、光学的に粗い表面を持つ物体の静的および動的変位を光干渉法の精度（つまり、光の波長の数分の1）で測定できる技術です。これらの測定は、応力、ひずみ、振動の分析、非破壊検査、放射線量測定に適用できます。^[3]また、透明媒体の光路長の変化を検出するためにも使用でき、これにより、たとえば流体の流れを視覚化して分析できます。また、表面の形状を表す輪郭を生成するためにも使用できます。

ホログラフィーは、物体から散乱した回折光フィールドを記録し、画像レンダリングを実行する 2 段階のプロセスです。このプロセスは、従来の写真乾板またはデジタル ホログラフィーのデジタルセンサー アレイを使用して実現できます。記録されたフィールドを物体から散乱した「ライブ フィールド」に重ね合わせると、2 つのフィールドは同一になります。ただし、物体に小さな変形を適用すると、2 つの光フィールドの相対的な位相が変わり、干渉を観察できます。この技術は、ライブ ホログラフィック干渉法として知られています。

物体から散乱した光場を同じ記録媒体に 2 回記録することで、縞模様を得ることもできます。再構成された光場は干渉して、表面の変位をマッピングする縞模様を生成します。これは「凍結縞」ホログラフィーとして知られています。

縞模様の形状は、表面の位置や空気の圧縮の変化に関係しています。

近年、このようなパターンを自動的に分析する多くの方法が開発されています。

1965 年に、いくつかの研究グループがホログラフィック干渉法を説明する論文を発表しました。^{[1] [4] [5] [6]} ホログラフィック干渉法に起因する現象の最初の観察は、1963 年に Juris Upatnieks によって行われましたが^[7]、このプロセスの本質的な特徴は、Powell と Stetson の研究まで理解されていませんでした。^[1] 彼らの実験は 1964 年 10 月から 12 月にかけて行われ、使用されている HeNe レーザーの周期的なコヒーレンス長の調査から始まりました。コンパクトなレーザー ビームを使用して、2 つのミラーの間に置かれた小さな物体上のスポットを照らし、その像を 1 つのミラー越しにミラー間の多重反射トンネルを覗き込むことで観察できるようにしました。各像は、その前の像よりも経路長が 10 cm 長くなっていました。これらのレーザーには約 3 つの縦モードがあるため、製造元の Spectra Physics が Perkin Elmer Corporation と共同で説明しているように、コヒーレンス長は周期的でした。これは、鏡の 1 つ越しに見た光景のホログラムを記録することによって実証されました。

しかし、ホログラムの 1 つでは、ホログラムに最も近い画像に暗い帯が見られ、その位置が遠近法でシフトしていることが観察されました。この帯は元のレーザー ビームでは観察できず、ホログラフィック プロセスによって作成されたものであるに違いありません。共焦点レーザー キャビティは、出力端の球面鏡と、他端の曲率中心の平面鏡で構成されていました。縦方向の間隔を調整することで、軸外振動モードの数を制御し、レーザーが複数の軸モードで振動していることが観察されました。複数のレーザー モードは非干渉性であり、観察可能なレーザー ビームに干渉しませんでした。では、なぜホログラムの再構成に干渉するのでしょうか。ステットソンは、各モードがオブジェクトと参照ビームの両方に存在し、各ペアが写真乾板に別々のホログラムを記録するという考えを提唱しました。これらが再構成されると、両方の記録が同じレーザー ビームから同時に再構成され、フィールドは相互にコヒーレントになりました。パウエルはこの考えに反対した。なぜなら、この考えは、ホログラムが記録中に一貫性がなかったフィールドを一貫して再構築する力を持っていることを示唆していたからだ。

結果として得られた議論から、1966年に発表された一連の実験が生まれました。^[8]これらは、(1) 集中したレーザービームの反射を記録しながら、参照ビーム全体をホログラムに取り込み、レーザーをオフアクシスモードの組み合わせに合わせて調整する、(2) 物体、参照ビームミラー、およびホログラム自体を露光間でわずかに回転させ、物体の二重露光ホログラムを記録する、(3) 振動している35mmフィルム缶の底のホログラムを記録する、というものでした。その後、1965年4月に、ステットソンとパウエルは、実際の物体とそのホログラフィック再構成との間のリアルタイムの干渉パターンを取得しました。^[9]

ホログラフィック干渉計による振動測定法は、その導入以来、一般的になっています。Powell と Stetson は、振動する物体の時間平均ホログラムの干渉縞がベッセル関数 のゼロに対応することを示しました。ここで、 は物体上のにおける光場の位相変調の変調度です。 ^[1]この方法を使用すると、干渉縞を数えることで局所的な振動振幅を評価できます。Aleksoff によって報告された研究^[10]では、参照ビームの周波数をシフトして、次数 の 1 つのサイドバンドを選択しました。その場合、サイドバンドの干渉縞はベッセル関数 のゼロに対応します。周波数サイドバンドを順次画像化することで、干渉縞を数える問題は軽減されました。^[11]サイドバンド次数は、正弦波の面外運動の局所的な振幅のマーカーです。光サイドバンドの多重測定^{[12] [13]}により、光波長よりもはるかに小さい面外振動振幅の定量測定が可能になります。 ${\displaystyle J_{0}(\phi )}$${\displaystyle \phi (x,y)}$${\displaystyle x,y}$${\displaystyle n}$${\displaystyle n}$${\displaystyle J_{n}(\phi )}$

低速カメラとレーザーダイオードを使用したオフ軸構成では、ホログラフィック干渉法は、低速カメラでも高速カメラでも、振幅と位相の光学的変動の広視野レーザードップラー画像化を可能にするのに十分な感度があります。低速（ビデオレートなど）カメラは、時間平均ホログラフィック干渉図を記録し、その結果、光学的変動信号がローパスフィルタリングされます。参照ビームの周波数をシフトすることにより、ローパスフィルタはデチューニング周波数を中心とするバンドパスフィルタになり、選択的な狭帯域検出と画像化を行うことができます。この方法により、微小血管の血流画像化、^[14]および面外組織運動の検出による光電式容積脈波の広視野測定が可能になります。 ^[15]高スループットカメラの広い時間帯域幅により、光学的変動の広帯域検出と分析が可能になります。これは、脈動血流画像化に使用できます。^{[16] [17]}

• 電子スペックルパターン干渉法
• ホログラフィー
• 干渉法

• ホログラフィック干渉法（エディンバラ大学） [1]
• ホログラフィック干渉法（ウォーリック大学） [2]
• ホログラフィック干渉法（ライス大学） [3]
• 干渉法
• Holovibes リアルタイム ホログラム レンダリング ソフトウェア