La interferometría holográfica ( HI ) [1] [2] es una técnica que permite la medición de desplazamientos estáticos y dinámicos de objetos con superficies ópticamente rugosas con precisión interferométrica óptica (es decir, en fracciones de una longitud de onda de luz). Estas mediciones se pueden aplicar al análisis de tensiones, deformaciones y vibraciones, así como a ensayos no destructivos y dosimetría de radiación. [3] También se puede utilizar para detectar variaciones en la longitud del recorrido óptico en medios transparentes, lo que permite, por ejemplo, visualizar y analizar el flujo de fluidos. También se puede utilizar para generar contornos que representen la forma de la superficie.
La holografía es un proceso de dos pasos que consiste en registrar un campo de luz difractada que se dispersa desde un objeto y realizar la reproducción de la imagen. Este proceso se puede lograr con placas fotográficas tradicionales o con una matriz de sensores digitales , en la holografía digital . Si el campo registrado se superpone al "campo vivo" que se dispersa desde el objeto, los dos campos serán idénticos. Sin embargo, si se aplica una pequeña deformación al objeto, las fases relativas de los dos campos de luz se alterarán y será posible observar interferencias. Esta técnica se conoce como interferometría holográfica en vivo.
También es posible obtener franjas haciendo dos grabaciones del campo de luz dispersado por el objeto en el mismo medio de grabación. Los campos de luz reconstruidos pueden entonces interferir para dar franjas que representen el desplazamiento de la superficie. Esto se conoce como holografía de "franjas congeladas".
La forma del patrón de franjas está relacionada con los cambios en la posición de la superficie o la compactación del aire.
En los últimos años se han desarrollado muchos métodos para analizar dichos patrones de forma automática.
Varios grupos de investigación publicaron artículos en 1965 que describían la interferometría holográfica. [1] [4] [5] [6] Si bien las primeras observaciones de fenómenos que podrían atribuirse a la interferometría holográfica fueron realizadas por Juris Upatnieks en 1963 [7], la característica esencial del proceso no se entendió hasta el trabajo de Powell y Stetson. [1] Sus experimentos se llevaron a cabo durante el período de octubre a diciembre de 1964, y comenzaron con una investigación de la longitud de coherencia periódica del láser HeNe que se estaba utilizando. El rayo láser compacto se utilizó para iluminar un punto en un objeto pequeño que se colocó entre dos espejos de manera que su imagen pudiera observarse mirando por encima de un espejo hacia el túnel de múltiples reflexiones entre los espejos. Cada imagen tenía una longitud de trayectoria 10 cm mayor que la anterior. Debido a que estos láseres tenían aproximadamente tres modos longitudinales, su longitud de coherencia era periódica, como lo describe el fabricante, Spectra Physics en cooperación con Perkin Elmer Corporation. Esto se demostró grabando un holograma de la vista sobre uno de los espejos.
Sin embargo, en uno de los hologramas se observó una banda oscura en la imagen más cercana al holograma, y se observó que cambiaba de posición con la perspectiva. Esta banda no era observable en el haz láser original y tenía que ser algo creado por el proceso holográfico. La cavidad láser confocal consistía en un espejo esférico en el extremo de salida con un espejo plano en el centro de curvatura en el otro extremo. El ajuste del espaciado longitudinal controlaba el número de modos de oscilación fuera del eje, y se observó que el láser oscilaba en más de un modo de eje. Los múltiples modos láser eran incoherentes y no interferían en el haz láser observable, entonces ¿por qué interferían en la reconstrucción del holograma? Stetson propuso la idea de que cada modo existía tanto en el objeto como en el haz de referencia, y cada par registraba un holograma separado en la placa fotográfica. Cuando se reconstruían, ambas grabaciones se reconstruían simultáneamente a partir del mismo haz láser y los campos eran entonces mutuamente coherentes. Powell se opuso a esta idea, porque implicaba que el holograma tenía el poder de reconstruir coherentemente campos que eran incoherentes durante su grabación.
Los argumentos resultantes dieron lugar a un conjunto de experimentos que se publicaron posteriormente en 1966. [8] Estos consistieron en: (1) Registrar el reflejo de un haz láser concentrado mientras se capturaba todo el haz de referencia en el holograma y se ajustaba el láser para combinaciones de modos fuera del eje. (2) Registrar hologramas de doble exposición de un objeto donde el objeto, el espejo del haz de referencia y el propio holograma se rotaban ligeramente entre exposiciones. (3) Registrar hologramas de la parte inferior de una lata de película de 35 mm mientras vibraba. Más tarde, en abril de 1965, Stetson y Powell obtuvieron patrones de interferencia en tiempo real entre un objeto real y su reconstrucción holográfica. [9]
Desde su introducción, la vibrometría por interferometría holográfica se ha vuelto algo común. Powell y Stetson han demostrado que las franjas del holograma promediado en el tiempo de un objeto vibrante corresponden a los ceros de la función de Bessel , donde es la profundidad de modulación de la modulación de fase del campo óptico en el objeto. [1] Con este método, la amplitud de vibración local se puede evaluar mediante el conteo de franjas. En el trabajo informado por Aleksoff, [10] el haz de referencia se desplazó en frecuencia para seleccionar una banda lateral de orden . En ese caso, las franjas de la banda lateral corresponden a los ceros de la función de Bessel . Mediante la obtención de imágenes secuenciales de bandas laterales de frecuencia, se ha aliviado el problema del conteo de franjas. [11] El orden de la banda lateral es un marcador de la amplitud local del movimiento sinusoidal fuera del plano. Las mediciones multiplexadas de bandas laterales ópticas [12] [13] permiten mediciones cuantitativas de amplitudes de vibración fuera del plano mucho más pequeñas que la longitud de onda óptica.
En la configuración fuera de eje, con una cámara lenta y un diodo láser, la interferometría holográfica es lo suficientemente sensible como para permitir la obtención de imágenes láser Doppler de campo amplio de fluctuaciones ópticas en amplitud y fase, ya sea con una cámara lenta o rápida. Una cámara lenta (por ejemplo, de velocidad de video) registrará interferogramas holográficos promediados en el tiempo que darán como resultado un filtrado de paso bajo de la señal de fluctuación óptica. Al cambiar la frecuencia del haz de referencia, el filtro de paso bajo se convierte en un filtro de paso de banda centrado en la frecuencia de desintonización, y se puede realizar la detección y obtención de imágenes selectivas de banda estrecha. Este método permite la obtención de imágenes del flujo sanguíneo microvascular [14] y la medición de campo amplio de fotopletismogramas mediante la detección del movimiento del tejido fuera del plano [15] . El ancho de banda temporal amplio de una cámara de alto rendimiento puede permitir la detección y el análisis de banda ancha de fluctuaciones ópticas. Se puede utilizar para la obtención de imágenes del flujo sanguíneo pulsátil [16] [17]
