Anwendung von Methoden der Digitalen Speckle-Photographie bei der räumlich phasenschiebenden Elektronischen Specklemuster-Interferometrie

Patrik Langehanenberg

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Diplomarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Physik - Optik, Note: 1,3, Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Institut für ...

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Beschreibung

Diplomarbeit aus dem Jahr 2005 im Fachbereich Physik - Optik, Note: 1,3, Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Institut für Angewandte Physik/ Labor für Biophysik), Sprache: Deutsch, Abstract: Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Kombination von Methoden der Digitalen Speckle-Photographie (DSP) und der räumlich phasenschiebenden Elektronischen Specklemuster-Interferometrie (SPS ESPI) zur quantitativen Detektion dreidimensionaler Verschiebungen. Die Elektronische Specklemuster-Interferometrie (ESPI) ist ein etabliertes Verfahren zur zerstörungsfreien Analyse von Oberflächenverformungen mit interferometrischer Genauigkeit. Der Einsatz räumlich phasenschiebender Verfahren ermöglicht eine quantitative und gegenüber äußeren Störungen weitgehend unempfindliche Bestimmung der Objektverformung. Zur Ausweitung des Messverfahrens auf dreidimensionale Verformungserfassung sind pro Verformungszustandzustand jedoch drei Interferogramme erforderlich, was aus Stabilitätsgründen bei Untersuchung dynamischer Prozesse nicht möglich ist. In dieser Arbeit wird daher die SPS ESPI nur zur Bestimmung der axialen Deformationskomponente der untersuchten Objektoberfläche verwendet. Die quantitative Bestimmung der lateralen Verschiebungskomponenten erfolgt durch Anwendung von Methoden der Digitalen Speckle-Photographie (DSP). Bei der DSP werden zwei von der untersuchten Objektoberfläche (rück-)gestreute Specklefelder vor und nach einer lateralen Verschiebung in einem digitalen Bildverarbeitungssystem gespeichert und nachfolgend ausgewertet. Dabei wird das laterale Verschiebungsfeld unter Anwendung von digitalen Kreuzkorrelationsalgorithmen numerisch bestimmt. Voraussetzung für den Einsatz dieser Methoden der DSP bei der SPS ESPI ist die Rekonstruktion der Objektwellenintensität aus den aufgezeichneten Speckleinterferogrammen. Hierzu können sowohl die Modulationsverteilung als auch die durch eine Fouriertransformationsmethode bestimmte Amplitudenverteilung genutzt werden. Des Weiteren wird gezeigt, dass die auf diese Weise ermittelten Verschiebungsfelder in der Speckle-Interferometrie zur Kompensation lateraler Dekorrelationseffekte genutzt werden können. Die in dieser Arbeit entwickelten und charakterisierten Methoden zur Detektion lateraler Verschiebungen und zur Kompensation lateraler Dekorrelationseffekte werden anschließend auf speckleinterferometrische Untersuchungen an technischen Oberflächen angewandt. Abschließend erfolgt der Einsatz des Verfahrens bei mikroskopischen SPS ESPI-Untersuchungen an biologischen Proben bei Auflicht- und bei Durchlichtbeleuchtung.