Brevet FR2003926A1 — publié le 19691114

La présente invention se rapporte à un procédé pour obtenir des franges d'interférence dans un interféromètre holographique à double exposition utilisant deux faisceaux de référence collimatés capable de rétablir des franges d'interférences nettes sur un su-5 jet qui subit une translation latérale entre lès expositions, en faisant légèrement tourner l'un des faisceaux servant à reconstruire 1' image pendant le processus de reconstruction de manière à faire coïncider l'une des images exactement avec l1autre. Des éléments de polarisation et de division du faisceau teîp - qu'une pla-10 que de Savart peuvent être utilisés pour produire une inclinaison entre les images et donner naissance à des configurations de franges permettant l'analyse des variations de hauteur du sujet entre les expositions. La translation de l'hologramme produit également un retard entre les images» 15 La présente invention se rapporte à un interf éromètre holo graphique utilisant deux faisceaux de lumière de référence. L'une des applications mise récemment au point de l'holographie est la reconstruction simultanée de deux images de fronts d'ondes enregistrées sur un seul cliché photographique séparées par un certain 20 intervalle de temps et superposées de façon à obtenir des configurations ou franges d'interférence qui indiquent le retard de la lumière ou les différences de trajets lumineux entre les deux images. La caractéristique de ce procédé réside dans le fait que seuls les déformations ou les écarts de dimension d'un sujet peu-25 vent être représentés sélectivement sous la forme de configurations ou de franges d'interférence, que la surface du sujet soit irrégulière ou qu'elle puisse être suffisamment rugueuse pour diffuser les lumières incidentes. Cependant, suivant le procédé classique du type décrit, une seule configuration d'interférence est produi-30 te à partir d'un seul hologramme et, jusqu'à présent il était impossible de diviser, d'incliner ou de retarder les ondes lumineuses d'interférence de sorte que ce procédé a présenté des difficultés pour l'appliquer en pratique. Suivant la présente invention, les deux images reconstruites 35 à partir d'un seul hologramme peuvent être modifiées à l'aide des trois opérations décrites plus haut, à savoir une division, une inclinaison et un retard, de façon à pouvoir produire des configurations d'interférence nettes dont la forme convient particulièrement pour les observations et les mesures. 40 Dans dés études d'interférométrie holographique, on connaît 69 07365 2 2003926 trois techniques : le procédé à temps réel, le procédé à temps écoulé et le procédé à temps moyen. Dans le procédé à temps réel, l'imagé reconstruite à partir d'un hologramme est superposée au sujet initial de façon à observer en temps réel les variations qui 5 se sont produites sur le sujet. Ge procédé est extrêmement difficile à appliquer en pratique du fait de la contraction de la couche d'émulsion de l'hologramme, de la nécessité de maintenir dans sa forme initiale pendant une période de longue durée le système 'd'interférométrie utilisé pour enregistrer le sujet original jus-10 qu'à ce que l'image soit reconstruite, et du fait d'une sensibilité trop élevée aus déformations mécaniques. Dans le procédé à temps écoulé ou à double exposition, on expose deux états du même sujet de façon à les enregistrer sur un hologramme, suivant une relation de temps écoulé. Les configurations ou franges d'interfé-15 rence sont figées sur l'hologramme. Par suite, lorsqu'on les éclaire par des lumières de lasers, les configurations ou franges d'interférence peuvent être immédiatement reconstruites, de sorte que ce procédé convient en pratique. Cependant, dans ce procédé on n'obtient qu'une seule photographie d'une configuration d'interfé-20 rence ; et lorsque le sujet est déplacé latéralement entre les deux expositions ou bien lorsque ses déplacements sont différents suivant les parties ou la surface, du sujet, on ne peut obtenir des franges d'interférence nettes ni porter remède à de telles franges d'interférence médiocres ; et de plus il est impossible de modifier 25 les configurations ou franges d'interférence pour leur donner la forme qui convient le mieux aux observations ou aux mesures, en ménageant un écart angulaire entre les faisceaux de référence après les expositions et pendant la reconstruction, à la différence de 1'interférometrie classique utilisant des lumières ordinai-30 res. En conséquence, la présente invention a pour but de fournir un interféromètre à double exposition ou à temps écoulé, permettant de supprimer les défauts et les inconvénients décrits plus haut. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va sui-35 vre faite en regard des dessins annexés qui donnent, à titre explicatif mais nullement limitatif, deux formes de réalisation conformes à l'invention. Sur ces dessins, la figure 1 représente le principe de la présente invention ; 40 la figure 2 est une vue schématique représentant un mode de 69 07365 3 2003926 réalisation préféré de la présente invention ; les figures 3(a), (b), (c) servent à expliquer les franges d'interférence ainsi obtenues ; et la figure 4 est une vue schématique représentant un autre 5 mode de réalisation préféré de la présente invention, permettant d'obtenir un écart angulaire entre les images reconstruites. En se reportant à la figure 1, lorsqu'un hologramme qui a été obtenu à l'aide de deux faisceaux de référence parallèles est éclairé par les mêmes faisceaux de référence, les fronts d*ondes 10 reconstruits ou image (a) enregistrée par le faisceau de référence 1 et reconstruite; par ce faisceau et d'autres fronts d'ondes reconstruits ou image (d) d'un sujet enregistré et reconstruit par le faisceau de référence 2 coïncident dans l'espace l'une avec l'autre. Dans ce cas, s'il y a de faibles variations de dimensions 15 quelconques entre ces deux fronts d'ondes reconstruits, des configurations d'interférence sous la forme de lignes de contour apparaissent. De plus, dans ce cas, les fronts d*ondes'reconstruits (b) ou sujet enregistré par le faisceau de référence 1 et reproduit par le faisceau de référence 2 et d'autres fronts d'ondes 20 reconstruits (c) de l'image du sujet enregistré par le faisceau de référence 2 et reconstruite en éclairant l'hologramme avec le faisceau de référence 1 apparaissent au voisinage des fronts d'ondes reconstruits (a) et (d) comme des images parasites, mais ces fronts d*ondes reconstruits (b) et (c) peuvent- être empêchés de se 25 superposer sur les fronts d'ondes reconstruits (a) et (d) en choisissant d'une manière appropriée l'angle entre les deux faisceaux de référence 1 et 2. Si on n'obtient pas de coïncidence entre les fronts d'ondes reconstruits (a) et (d), on peut faire légèrement tourner l'un ou l'autre des faisceaux de référence de manière à ob-30 tenir la coïncidence entre eux, de façon à obtenir des configurations d'interférence nettes. lorsque deux plans d'woscillation" des faisceaux de référence qui éclairent l'hologramme sont agencés de manière à se couper l'un l'autre perpendiculairement pour reconstruire les fronts d'ondes, 35 deux fronts d'ondes reconstruits peuvent être inclinés l'unepar rapport à l'autre en utilisant un élément de polarisation approprié tel qu'un interféromètre Sagnac à trajet lumineux carré utilisant un demi-miroir polarisant de type Banning (P.M.), un cristal uniaxial en plaque, une plaque de Savart (S.P.),etc. Ceci sera dé-40 crit plus en détail en se reportant au premier mode de réalisation 69 07365 4 2003926 préféré de la présente invention, ci-après. lorsque l'hologramme (H.G.) est déplacé transversalement comme indiqué par Z, le retard de la lumière, c'est-à-dire la'différence prédéterminée des trajets lumineux des lumières émises par 5 les deux fronts d'ondes reconstruits, ceux-ci/peuvent être disposés 5 dans le champ de vision. Par suite, les configurations d'interférence peuvent être déplacées pour les amener à une position appropriée et dans ce cas les mouvements et les déplacements des configurations d'interférence, déplacées de cette manière, peuvent 10 être connus avec précision d'après le déplacement de l'hologramme H.G-., par le procédé des coïncidences. En se reportant à la figure 2, le faisceau de référence provenant d'un laser 1 est divisé en trois faisceaux par une lame de verre plane B à faces parallèles, les faisceaux réfléchis par les 15 surfaces avant et arrière du verre B sont des lumières polarisées linéairement et sont réfléchis'2 par des miroirs réfléchissants M1 et M2, respectivement, les diamètres des faisceaux sont agrandis par des télescopes inverses T1 et T2, respectivement de manière à éclairer le cliché de l'hologramme, comme faisceaux de référence. 20 D'autre part, la lumière transmise à travers le verre B est élargie par une lentille 0^ de manière à éclairer le sujet S. Une plaque demi-onde sert à faire .varier le rapport de l'intensité de • la lumière éclairant le sujet à l'intensité des faisceaux de référence. le premier état du sujet S est enregistré par le faisceau 25 69 07365 5 2003926 reconstruits qui doivent être examinées ou étudiées peuvent se superposer complètement les unes aux autres. Ensuite, on peut obtenir d,une manière claire des configurations dinterférence indiquant les variations de hauteur. 5 lorsqu'on fait tourner de 90° l'un ou l'autre des faisceaux de référence qui éclaire l'hologramme H.G. à l'aide d'une plaque d'onde Hles lumières émises par les fronts d'ondes reconstruits présentent deux plans d'oscillation perpendiculaire des ondes lumineuses. Derrière l'hologramme H.G. est disposé un objectif 02 de 10 telle sorte que son point focal coïncide avec les fronts d'ondes reconstruits. Lorsque les fronts d'ondes reconstruits sont observés à travers une plaque de Savart SP, des franges parallèles équi-distantes dues à la plaque de Savart SP sont superposées sur les premières configurations d'interférence (figure 3-(a))« Les écarts 15 entre les lignes droites des franges produisent des lignes de contour 1® long des franges des configurations d'interférence qui indiquent le changement d'état. (Voir figure 3-(b)). Lorsqu'une plaque d'ondes et les deux plans d'oscillation des deux faisceaux de référence ont tourné, tout en conservant entre eux la relation 20 de perpendicularité décrite plus haut, et lorsqu'on fait tourner la plaque de Savart SP en réponse à la rotation de la plaque d'ondes Hj, les directions des franges peuvent être modifiées comme on le voit sur la figure 3-(c)). On peut obtenir le même résultat avec un interféromètre à trajet optique carré utilisant un demi-miroir 25 polarisant PM, comme on le voit sur la figure 4. Dans ce cas, le demi-miroir PM réfléchit la composante S1 de la lumière polarisée tout en permettant à la composante Pf. traverser, de telle sorte que les lumières émises par les deux fronts d'ondes reconstruits avancent dans le sens des aiguilles d'une montre et dans le 30 sens inverse des aiguilles d'une montre, respectivement,avant de se superposer ou de se combiner. Lorsqu'on fait légèrement tourner un miroir M, les deux fronts d'ondes reconstruits sont inclinés l'un par rapport à l'autre, de façon à produire les modifications de franges qu'on voit en passant de la figure 3 -a à la figure 3-b. 35 Une lentille objectif 0 sert à empêcher tout écart latéral entre les deux fronts d'ondes reconstruits du fait de l'inclinaison in-' diquée ci-dessus. Comme décrit plus haut, suivant la présente invention, on peut réaliser un interféromètre holographique remplissant les mêmes 40 fonctions consistant à diviser, incliner et retarder, que dans le 69 07365 6 2003926 cas- des interféromètres classiques, avec l'aide d'un hologramme traité. I1interféromètre selon la présente invention est particulièrement avantageux pour l'étude de phénomènes dynamiques du fait qu'un déplacement latéral d'un sujet, avant et après qu'une force 5 lui a été appliquée, peut être compensé et que la mesure du déplacement latéral peut être effectuée en même temps que la photographie des lignes de son contour. De plus, les configurations des franges d'interférence peuvent être modifiées arbitrairement de façon à faciliter l'observation, de sorte que 1'interféromètre se-10 Ion la présente invention convient particulièrement pour la mesure précise de la répartition des pressions en avant et en arrière des ondes de choc, ce qui est souvent nécessaire dans les études aérodynamiques. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et 15 représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu* elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 69 07365 7 2003926 REVENDICATIONS - 1. Procédé pour obtenir des franges d'interférence dans un interféromètre à hologramme à double exposition, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à faire tomber deux faisceaux de réfé- 5 rence sur un hologramme suivant des angles d'incidence différents ; à enregistrer des états différents du même sujet sur l'hologramme à l'aide des faisceaux de référence, respectivement ; à reconstruire simultanément les deux images en éclairant l'hologramme enregistré et traité par les deux faisceaux de référence de façon à 10 former des franges d'interférence dues au retard de la lumière ou aux trajets lumineux différents lorsque les deux états différents sont enregistrés ; et à faire tourner légèrement l'un ou l'autre des deux faisceaux de référence de façon à compenser le déplacement latéral entre les deux états du sujet et à faire coïncider 15 complètement les deux images reconstruites pour obtenir des franges d'interférence nettes. 2. Procédé pour obtenir des franges d'interférence suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un moyen de polarisation pour transformer les deux faisceaux de référence en 20 lumières polarisées linéairement dont les directions d'oscillation des longueurs d'ondes sont perpendiculaires l'une à l'autre, de façon à pouvoir faire la distinction entre une image reconstruite et l'autre à l'aide de la lumière polarisée, et à utiliser un moyen de polarisation et de focalisation de deux images afin d'obtenir 25 un nouvel écart angulaire entre les deux images reconstruites, de façon à obtenir des franges d*interférence pouvant être utilisées pour des mesures. 3. Procédé pour obtenir des franges d'interférence suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait en sorte que l'ho- 30 logramme puisse être déplacé latéralement de façon à pouvoir déplacer les franges d'interférence par rapport au sujet.