In Holography the light wave from an object is recorded in all its properties (amplitude, phase) by superposition with a reference wave. The object wave can be reconstructed afterwards from the hologram by a readout process using the reference wave only (left animation).
For Holographic Interferometry this recording process is repeated a second time. Between the exposures the object is forced to change. The holographic readout then reconstructs two object waves simultaneously, with the object originally recorded in two different states. The two reconstructed object waves interfere, with the interference fringes presenting isolines of deformation or density change between the two exposures (right animation).

Bei der Holografie wird die Lichtwelle, die von einem Objekt ausgeht, in all ihren Eigenschaften (Amplitude, Phase) durch Überlagerung mit einer Referenzwelle aufgezeichnet. Diese Objektwelle kann später durch einen Leseprozess aus dem Hologramm rekonstruiert werden, welcher nur den Referenzstrahl benutzt (linke Animation).
Für die holografische Interferometrie wird der Aufzeichnungsprozess ein zweites Mal wiederholt. Zwischen den beiden Belichtungen erfolgt eine erzwungene Änderung des Objekts. Der holografische Auslesevorgang rekonstruiert nun zwei Objektwellen gleichzeitig, wobei sich das Objekt bei den Aufzeichnungen in zwei verschiedenen Zuständen befand. Die zwei rekonstruierten Objektwellen interferieren, wobei die Interferenzstreifen Isolinien der Verschiebung bzw. der Dichteänderung zwischen den zwei Belichtungen darstellen (rechte Animation).

The following pictures show the deformation of a telephone body by the weight of the receiver (left) and a cup filled with hot water (right). Then, holographic interferograms of the flow through a turbine blade cascade at exit Mach numbers 0.6 and 1 (left image) follow. Multi-directional observation of density changes in a turbine blade cascade at a frequency of 25 kHz (vortex shedding at Mach 1.2; right animation).

Die folgenden zwei Bilder zeigen die Verformung eines Telefonapparates durch das Gewicht des Hörers (links) und durch eine Tasse, welche mit heißem Wasser gefüllt wurde (rechts). Danach folgen holografische Interferogramme der Strömung durch eine Turbinenschaufelkaskade bei Abströmmachzahlen von 0.6 und 1 (linkes Bild). Multidirektionale Beobachtung von Dichteschwankungen in einer Turbinenschaufelkaskade bei einer Frequenz 25 kHz (Wirbelablösung bei Mach 1,2; rechte Animation):

In order to evaluate interferograms with high accuracy, digital fringe evaluation techniques are used. At Graz University of Technology a software package was developed for digital fringe evaluation.

Um Interferogramme mit hoher Genauigkeit auswerten zu können, werden digitale Auswertetechniken eingesetzt. An der Technischen Universität Graz wurde ein Softwarepaket entwickelt, welches die digitale Auswertung von Interferenzstreifen erlaubt.

In fluid flows interferometric data are integral data, with the integration along the optical path. In order to obtain local information on density, multi-directional observation and tomographic reconstruction algorithms are required. The next two images present such experimental set-ups used for optical tomography.

In Strömungen sind interferometrische Daten integrale Daten, wobei entlang des optischen Weges aufintegriert wird. Um lokale Informationen über die Dichte zu erhalten, sind multidirektionale Beobachtung und tomografische Rekonstruktionsalgorithmen erforderlich. Die folgenden zwei Bilder zeigen solche experimentelle Aufbauten, die zur optischen Tomografie verwendet wurden.

The following data were obtained in a triangular plasma discharge seeded with sodium atoms. When the laser frequency was tuned to the resonance line of sodium the interaction between the sodium and the sampling light wave is at maximum. The left animation presents the sodium absorption seen when the laser frequency is tuned into resonance. The rights picture gives the density distribution of the sodium atoms when optical tomography is done at the sodium resonance (cross-sectional cut).

Die folgenden Daten wurden in einer dreiecksförmigen Plasmaentladung gewonnen, die mit Natriumatomen versetzt war. Wenn die Frequenz des Laserlichts auf die Resonanzlinie des Natriumatoms eingestellt wird, ist die Wechselwirkung zwischen Lichtwelle und Natrium maximal. Die linke Animation zeigt die Absorption durch das Natrium wenn die Laserfrequenz in Resonanz gebracht wird. Das rechte Bild ist eine Dichteverteilung der Natriumatome, die mittels optischer Resonanztomografie erhalten wurde (Querschnitt).

Laser Vibrometer are small commercially available interferometers generally used for vibration analysis. They are designed to detect smallest changes in optical path length along a laser beam, caused either by surface vibrations or by density changes along the light path. With two vibrometers scanning a flow field, local density fluctuations can be detected for a wide range of frequencies. Vortex shedding, laminar-turbulent transition and acoustic waves can be investigated this way. Compared to classical interferometers, the advantage of these systems is given by the use of small acousto-optical modulators. They enable the detection of density fluctuation velocities, thus providing a much higher sensitifity in the high-frequency range compared to interferometers only detection optical path differences.

Laservibrometer sind kleine, kommerziell erhältliche Interferometer, die üblicherweise für Schwingungsuntersuchungen genutzt werden. Sie wurden entwickelt, um kleinste Unterschiede im optischen Wege entlang eines Laserstrahls zu detektieren, die entweder durch Oberflächenschwingungen oder durch Dichteunterschiede entlang des Strahlweges verursacht werden. Mit zwei Laservibrometern, welche ein Strömungsfeld abtasten, können lokale Dichtefluktuationen in einem großen Frequenzbereich detektiert werden. Wirbelablösungen, laminar-turbulent Umschläge und akustische Wellen können auf diese Art untersucht werden. Der Vorteil dieser Systeme gegenüber konventionellen Interferometern ist der Einsatz kleiner akusto-optischer Modulatoren, die die Messung der Dichteänderungsgeschwindigkeit erlauben und somit im hochfrequenten Bereich deutlich empfindlicher sind als interferometrische Systeme die ausschließlich Laufwegdifferenzen messen.

Shearography can be used to obtain quantitative data on density gradients in gas flows and to compensate for bad optical windows. At Graz University of Technology a small interferometric device was developed which can be incorporated in a Schlieren set-up. This interferometer enables the separate introduction of wavefront shear (for detection of density gradients) and carrier fringes (for digital fringe evaluation).

Differntialinterferometrie wird genutzt, um quantitative Daten über Dichtegradienten in Gasströmungen zu erhalten und um schlechten optischen Zugang zu kompensieren. An der Technischen Universität Graz wurde eine interferometrische Einheit entwickelt, die in einen Schlierenaufbau eingebaut werden kann. Dieses Interferometer erlaubt es, unabhängig voneinander die Wellenfrontscherung (zur Bestimmung der Dichtegradienten) und das Trägerstreifensystem (zur digitalen Streifenauswertung) einzustellen.

VORLESUNGSUNTERLAGE in Deutsch:

Woisetschläger, Energie- und Umwelttechnisches Mess- und Versuchswesen, Teil: Optische Messtechnik, Lasermesstechnik, Vorlesung: 307.015, Laborübung: 307.018, TU Graz, 2007