Advances in multi-wavelength coherent techniques
Loading...
Date
2025
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Tato habilitační práce poskytuje komplexní přehled o výzkumu,
který jsem prováděl v Laboratoři optických měřicích metod (LOM)
na TUL a ve výzkumném centru TOPTEC. Zaměřuje se na pokrok
v oblasti koherentních technik, konkrétně interferometrie a digitální
holografie s využitím více vlnových délek. Vyvinuté techniky využívající více vlnových délek úspěšně řeší jeden ze základních problémů koherentních technik tzv. fázovou nejednoznačnost, která je
v mnoha aplikacích limitující.
Jednou z vyvinutých technik řešící problém fázové nejednoznačnosti
je absolutní interferometrie (AWA). Ta využívá tři laserové zdroje
a pokročilé algoritmy zpracování dat pro vysoce přesné absolutní
měření rozdílů optických drah mezi rameny interferometru. Metoda
AWA byla úspěšně použita v optickém průmyslu k měření různých
parametrů optických prvků. Techniky založené na interferometrii,
jako je například AWA, jsou účinné pro měření hladkých povrchů.
Měření hrubých povrchů vede k tvorbě koherenčního šumu, který
limituje použitelnost interferometrických technik. Proto byla dále
vyvinuta holografická metoda FSDH (Frequency Sweeping Digital Holography), která využívá více vlnových délek a optimalizované optické uspořádání pro minimalizaci vlivu koherentního šumu.
Pro měření dynamických jevů s vysokými gradienty byla vyvinuta
robustní interferometrie s využitím dvou vlnových délek (RTWI).
RTWI umožňuje měření s rozšířeným rozsahem jednoznačnosti fáze
při zachování přesnosti jedné vlnové délky. Tato metoda využívá
vysokorychlostní kameru s krátkou expoziční dobou. RTWI zaznamenává dvě vlnové délky v jediném interferogramu a zahrnuje
robustní metodu zpracování dat pro demodulaci fázové mapy.
RTWI byla úspěšně použita ke zkoumání transsonického proudění
v planárních lopatkových mřížích s rázovými vlnami v náročném
prostředí aerodynamické laboratoře.
Tato skupina koherentních metod využívajících více vlnových délek
představuje komplexní soubor technik s rozšířeným rozsahem fázové jednoznačnosti až do absolutního měření. Tyto techniky
jsou použitelné v širokém spektru aplikací, zahrnujících povrchy
s odraznými i difúzními vlastnostmi, pro statická i dynamická
měření.
This habilitation thesis presents a comprehensive overview of the research I have conducted at the Laboratory of Optical Measurement methods (LOM) at TUL and at the TOPTEC research center. This thesis explores advancements in coherent techniques, specifically interferometry and digital holography using multiple wavelengths. The developed multi-wavelength techniques successfully address one of the fundamental problems of coherent techniques, the so-called phase ambiguity, which is the limit in many applications. One of the techniques developed to solve the phase ambiguity problem is Absolute Wavelength Scanning Interferometry (AWA). AWA uses three laser sources and advanced data processing algorithms to provide highly accurate absolute measurements of the optical path difference between the interferometer arms. AWA has been successfully used in the optical industry to measure various parameters of optical elements. Interferometry-based techniques such as AWA are effective for measuring smooth surfaces. However, the measurement of rough surfaces results in the formation of speckles, which limits the applicability of interferometry. Therefore, Frequency Sweeping Digital Holography (FSDH) method has been developed. FSDH uses multiple wavelengths and an optimized optical arrangement to minimize the effect of the coherent noise. To address measurements of dynamic phenomena with high gradients, Robust twowavelength interferometry (RTWI) has been developed. RTWI allows measurements with an extended range of phase unambiguity while maintaining single wavelength accuracy. This method uses a high-speed camera with a short exposure time. RTWI records two wavelengths in a single interferogram and includes a robust data processing method to demodulate the phase map. RTWI has been successfully used to investigate transonic flow in planar blade cascades with shock waves in the challenging environment of an aerodynamic laboratory. This group of coherent multi-wavelength methods represents a comprehensive set of techniques with an extended range of phase unambiguity up to absolute measurements. These techniques are applicable in a wide range of applications, including surfaces with both reflective and diffusive properties, for both static and dynamic measurements.
This habilitation thesis presents a comprehensive overview of the research I have conducted at the Laboratory of Optical Measurement methods (LOM) at TUL and at the TOPTEC research center. This thesis explores advancements in coherent techniques, specifically interferometry and digital holography using multiple wavelengths. The developed multi-wavelength techniques successfully address one of the fundamental problems of coherent techniques, the so-called phase ambiguity, which is the limit in many applications. One of the techniques developed to solve the phase ambiguity problem is Absolute Wavelength Scanning Interferometry (AWA). AWA uses three laser sources and advanced data processing algorithms to provide highly accurate absolute measurements of the optical path difference between the interferometer arms. AWA has been successfully used in the optical industry to measure various parameters of optical elements. Interferometry-based techniques such as AWA are effective for measuring smooth surfaces. However, the measurement of rough surfaces results in the formation of speckles, which limits the applicability of interferometry. Therefore, Frequency Sweeping Digital Holography (FSDH) method has been developed. FSDH uses multiple wavelengths and an optimized optical arrangement to minimize the effect of the coherent noise. To address measurements of dynamic phenomena with high gradients, Robust twowavelength interferometry (RTWI) has been developed. RTWI allows measurements with an extended range of phase unambiguity while maintaining single wavelength accuracy. This method uses a high-speed camera with a short exposure time. RTWI records two wavelengths in a single interferogram and includes a robust data processing method to demodulate the phase map. RTWI has been successfully used to investigate transonic flow in planar blade cascades with shock waves in the challenging environment of an aerodynamic laboratory. This group of coherent multi-wavelength methods represents a comprehensive set of techniques with an extended range of phase unambiguity up to absolute measurements. These techniques are applicable in a wide range of applications, including surfaces with both reflective and diffusive properties, for both static and dynamic measurements.
Description
Subject(s)
Koherentní techniky, Interferometrie, Digitální holografie, Fázová nejednoznačnost, Absolutní měření,
Vícevlnné techniky, Dynamická interferometrie, Optická metrologie, Nadzvukové stlačitelné proudění, Coherent techniques, Interferometry, Digital holography, Phase ambiguity, Absolute measurement, Multiplewavelength techniques, Dynamic interferometry, Optical metrology, Supersonic compressible flow