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Dissertation

Autor(en): Thomas Hansel
Titel: Anwendung ultrakurzer Lichtimpulse in der digital-holographischen Interferometrie – digital-holographische Hochgeschwindigkeitsinterferometrie mit ultrakurzer Belichtungszeit zur zeitaufgelösten Bewegungsanalyse im Einzelimpuls-Zwei-Wellenlängen-Verfahren
Gutachter: Thomas Elsässer; Werner Jüptner; Oliver Benson
Erscheinungsdatum: 06.09.2010
Volltext: pdf (urn:nbn:de:kobv:11-100176986)
Fachgebiet(e): Physik
Schlagwörter (ger): Digitale Holographie, Mehr-Wellenlängen-Interferometrie, Ultrakurzpuls-Laser, Mikrosystemtechnik
Schlagwörter (eng): Digital Holography, Multi-Wavelength Interferometry, Ultrashort pulse laser, Micro-Electro-Mechanical Systems
Einrichtung: Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I
Lizenz: Namensnennung - Keine kommerzielle Nutzung - Keine Bearbeitung (CC BY NC ND)
Zitationshinweis: Hansel, Thomas: Anwendung ultrakurzer Lichtimpulse in der digital-holographischen Interferometrie – digital-holographische Hochgeschwindigkeitsinterferometrie mit ultrakurzer Belichtungszeit zur zeitaufgelösten Bewegungsanalyse im Einzelimpuls-Zwei-Wellenlängen-Verfahren; Dissertation, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I , publiziert am 06.09.2010, urn:nbn:de:kobv:11-100176986
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Abstract (ger):
In dieser Arbeit wird die digital-holographisch-interferometrische Zwei-Wellenlängen-Formerfassung sehr schnell bewegter Objekte behandelt und dafür unter Nutzung einer Ultrakurzpuls-Laserquelle mit der digitalen Einzelimpuls-Mehr-Wellenlängen-Holographie ein neuartigen Ansatz der digital-holographischen Aufnahme und Auswertung entwickelt. Mit der Entwicklung spezieller Methoden zur Formung der spektralen Signatur einer Ultrakurzpuls-Laserquelle hoher Leistungsdichte wurde zum ersten Mal die Voraussetzung für eine Zwei-Wellenlängen-Formerfassung hochdynamischer Objekte geschaffen. Die intrinsisch kurze Belichtungszeit unter einer Pikosekunde macht das Verfahren absolut stabil gegenüber Umwelteinflüssen. Für die simultane Aufnahme werden die spektral verschiedenen Hologramme mit einem eigens entwickelten Prinzip der Polarisationskodierung räumlich getrennt und zum ersten Mal mit zwei synchron laufenden Kameras gespeichert. Mit den in der digital-holographischen Einzelimpuls-Mehr-Wellenlängen-Interferometrie zusammengefassten numerischen Routinen zur Rekonstruktion und Phasenauswertung wird eine Zwei-Wellenlängen-Formerfassung mit mehreren Kameras möglich. In Anwendung des neuartigen Verfahrens an verschiedenen dynamischen Mikrosystemen konnte eine Genauigkeit von einem Zwanzigstel der erzeugten synthetischen Wellenlänge, bei der Auswertung der spektralen Differenzphase an Objekten in Reflexion erreicht werden. In einer digital-holographischen Hochgeschwindigkeitsformerfassung in Transmission wurden erstmals Bildfolgefrequenz von mehr als 0,4 kHz erreicht und der interferometrische Eindeutigkeitsbereich auf mehr als das 60-fache der optischen Wellenlänge ausgedehnt. Es wurden die Voraussetzungen für eine digitale Vier-Wellenlängen-Holographie geschaffen. Zukünftig wird eine Formerfassung mit einer Genauigkeit von 10nm über einen eindeutigen interferometrischen Bereich einiger 10 μm und die Untersuchungen von Prozessen auf einer Pikosekunden-Zeitskala möglich sein.
Abstract (eng):
This work deals with the digital holographic interferometric two-wavelength contouring of very fast moving objects and develops with the digital single pulse multiwavelength holography a novel approach of digital holographic recording and analysis, using an ultrashort pulse laser source. The development of several methods to shape the spektral signature of an high power ultrashort pulse laser source provides the precondition for a two-wavelength contouring of highly dynamic objects for the first time. The intrinsically short exposure time shorter than a picosecond makes the system stable regarding external impacts. For the simultaneous recording the spektral different holograms are spatially separated in novel interferometric setups by the especially developed principle of polarization encoding and stored with two synchronized cameras for the first time. The digital holographic single pulse multi-wavelength interferometry combines the numeric routines of reconstruction and phase evaluation that make a two-wavelength contouring possible using more than one camera. The novel approach is successfully demonstrated on several dynamic microsystems. Evaluating the spectral phase difference for objects in reflection an accuracy of 2 μm, which corresponds to the twentieth of the realized synthetic wavelength, could be achieved. In a digital holographic high speed contouring in transmission a frame rate higher than 0,4 kHz was achieved for the first time and the interferometric range of unambiguity was extended larger than sixty times the optical wavelength. Furthermore, the developed digital holographic single pulse multi-wavelength interferometry is not limited to the evaluation of two wavelength. The principles of the method allow to perform digital four-wavelength holography. Future a contouring with an accuracy of 10nm over the unambiguous interferometric range of several 10 μm and the investigation of processes on a picosecond time scale will be possible.
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