Ghostscript wrapper for D:\Digitalizacja\MTS88_t26_z1_4_PDF_artykuly\02mts88_t26_zeszyt_2.pdf M ECHANIKA TEORETYCZNA I  S TOS OWANA 2,  26( 1988) APPLICATION S  OF   TH E  D IF F EREN CE  H OLOG RAM  IN TERF EROM ETRY* ZOLTAN   FUZESSY FERENC  GYIMESI JANOS  KORN IS Institute  of  Physics,  T echnical University  Budapest 1. Introduction The  aptitude  of  hologram  interferometry  for  measurement  of  quantities  being  of industrial  importance  has  undoubtedly  been  proved.  H ologram  interferometry  can  be used  to produce a  fringe  pattern which  represents  the field  of  surface  displacement  of  an opaque object  in response t o  an arbitrary  type  of  loading.  It has  successfully  been  applied for  investigating  phase  object  as  well  where  the  change  in  refractive  index  distribution is  stored  by  an  interference  pattern.  Among  numerous  applications  of  holography  the contouring  has  also  to  be  mentioned. There  are  different  techniques  for  quantitative  evaluation  of  interferograms.  N ever- theless, the main difficulty  in applying  hologram  interferometry  stems  from  the numerical evaluation  of  interferograms.  F irst,  the  extraction  Of  th e  tremendous  data  set  from  the requires a considerable  amount of time. Second, the lack  of the zero order fringe  (unmoved points within  the illuminated  area)  can introduce  ambiguity  at  the interpretation of  inter- ferograms  and  lead  to  decrease  of  accuracy. Frequently,  there  is  n o  need  to  determine  the  total  three- dimensional  deformation to  specify  the shape  of  an  object,  or  to  calculate  the temperature  and mass  distributions. The  main  interest  can  only  lie  in  the differences  (e.g.  in  shapes)  of  two  objects.  One  of them can be referred  to as th e master  one, the other as th e test object  at large scale produc- tion  sampling. The  comparison  can  be  done  by  the  difference  hologram  interferometry  [1].  As  its inherent  property  a  new  object  being  compared  is  illuminated  holographically  by  recon- structing  the real  images  of  the first  object.  The  idea  of  the holographic  illumination  was proposed  by  D .  D enby  at  al.  [2],  its  potentiality  to  compare  two  objects  by  hologram interferometrie techniques was  formulated  by  D . B. N eumann [3], I n the following  a  short discussion  of its principles  will be given and selected  applications will be presented. *  Praca wygłoszona  na XII  Sympozjum  Doś wiadczalnych  Badań  w  Mechanice  Ciała  Stałego, Warszawa- Jadwisin,  1986 244  Z.  FU ZESSY  i  IN N I 2.  Basic  considerations Let  us  survey  the  steps  of  making  difference  interferogram,  i.e.  pattern displaying  the difference  in  characteristic  quantities. I n  the first  step, the  conventional hologram  interferometry  is  used  to  record  an inter- ference  pattern  which  contains  information  concerning  deformation,  shape,  or  refractive index  changes  of  the master  object.  This interferogram  is considered  as a  way  of  recording an d  storing  two  wavefronts  with  a  given phase  difference. F o r  a while let  us thin k in terms  of  the conventional hologram  interferometry,  keeping in  mind the task  of  comparision. Then, the second step would  be recording another double exposure  interferogram  related  to  a  new  (test)  object.  Its  fringe  system  would  contain information  about  deformation,  shape  or  refractive  index  change  of  the  test  object.  So, the  test  interferogram  would  also  store  two  wavefronts  with  definite  phase difference.  •  • D etermining  differences  between  the two  objects  both interferograms  are to  be  evalua- ted,  because  numerical  results  are  comparable,  only. If  the  difference  hologram  interferometry  is  applied,  there  is  no  need  for  separate recording  an d  evaluation  of  the interferograms.  The test  object  is  illuminated  by  the  rea images  of  th e master  objects.  As  it  was  stated  above  th e phases  of  the illuminating  wave- fronts  were  determined  by  the  states  of  th e  master  object.  The  states  of  the  new  object, due  to  the  applied  illumination,  modify  those  phases  and  their  subtraction/ addition  is realized  by  recording a  new  interferogram.  Bearing  the subtraction of  the phases  in mind^ the  difference  in  the  states  of  the two  objects  is  recorded  by  the new  holographic  interfe- rogram .  .  :  '  .<>• .;;'•.  ,.rr,;y!t- :?!  "My.- '^ '- vilii  HP,  vvi  li/ i'- j.': ;.:• W i t h  c o m p u t e r  a i d e d  e va lu a t io n  t h e  differen ce  in t er fer en c e  p a t t e r n  p r o vid e s  a  very q u ic k ,  e a sy  t o  h a n d le ,  o p t ic a l  m e a su r i n g  t o o l  fo r  t h e  c o m p a r i so n  of  t wo  o bjec t s  wit h i n t e r fe r o m e t r i e  p r e c isio n .  U sin g  fa st  r e c o r d in g  m a t e r i a l, nthe  t e c h n iq u e  in t h is  r ea liza t io n c a n  b e  u se d  as  a n  o n - line  m e a su r i n g  d evice.  •   x-   .r- ru'"'  .:: .;..• • - .• .<,•  • • '• ::.:.  '  V  • • • :;.;::;.< -̂ .v:. T h e  q u a n t i t a t i ve  r e p r e se n t a t i o n  of  wh a t  h as. been  sa id  a b o ve  is a s  follows  [4].  F o r t h e sa k e  o f  sim p lic it y  we  r e st r ic t 1  tóurselves  t o t h e p h a se  o bjec t  c o n sid er a t io n s. ; N a t u r a lly, t h e a n a lysis  is  a lso  valid  fo r  o p a q u e  object  in vest igat io n s.  .•   •   ;  • •; ?• :.'  '  ••   • ::• .• :• .•• L e t  t h e  t e st  o b je c t i n '  its in it ial  st a t e  b e illu m in a t ed , by  t h e  first  r e a l  im a ge  o f t h e  m a st e r o bjec t .  T h e  c o m p l e x  a m p l i t u d e  Ł/ x  sof t h e  ligh t' a r r ivin g  a t t h e  p la t e  c an , be  exp ressed  a ś :: / ; A,,  ,  - I- ./1 lirh  l< nt  •   Z$M$&MAl- >  •   ITri  o't,- '-   - \ - • ',:'• where  U o   an d  0 Q   are both functions  of the spatial  coordinates at the plate. The quantities U o   an d  0 O   con tain all  the  informations  related  to  the wavefield  which  is  determined by- the  refractive  index  distributions  of  the master  and  as  well  as  test  objects  in the^r i states,   • • • ;.-  • -, ,;•   ,/ '• '- '  '''• • ;• ;  ' ' o  ':"- \ y.:- '.• '''• - '•  • i ll  g T h e  complex  amplitude  U 2   arriving  at  the plate  during the second  expdsiirrejwtajctlire test  object  is  subjected  tola  given  load,  e.g. Jieating,-   can"be  expressediast  aitts.mo'rehsJai U 2 =U 0 fixp[- j($ 0 +A&- A')],   l  l • • wl&rS ^ ; i a fa d  0^ , are  as  before;  A&  iś the phase  differencecM §e*byth® !reiraictJv^  fhdex change in th e m aster object  and A0'  is th at  of  the  test  object. APPLICATIONS  OF  THE  DHJ 245 of  the  master  wavefronts  the  phase  differences  A0  and  A&'  should  be  taken  of  opposite sign when both  of them  belong to  the  object  change  of trie same character,  e.g.  increasing the  refractive  indices  in  transparent  object  case. At  the  reconstruction  of the  holograms  the  irradiance  of  the  object  will  be proportio- nal to: / =  \U1 +  U2\ 2=*2U0[l+cos(AEPOMETPHH B  pa6oTe  npeflcraBJieH o  MeTOflw  pa3iiocTH oft  rojiorpadpiwecKOH   H H TepdiepoMeTpH . COCTOHTCH  B Bo3Mo»CHocrK  cpaBH em m  MOKfly flByM H  o6ibei