Utilisation d'un prisme de Wollaston pour l'interférométrie holographique numérique à double référence

International audienceA Wollaston prism is used in digital holographic interferometer developed for analyzing high density gradients encountered in transonic and supersonic flows. Inserted in the reference arm of the interferometer, the Wollaston prism allows generating two orthogonally crossed waves and analyzing shocks waves whatever their orientation.Un prisme de Wollaston est utilisé dans l'interféromètre holographique numérique développé pour analyser les forts gradients de masse volumique rencontrés dans les écoulements transsoniques et supersoniques. Inséré dans le bras de référence de l'interféromètre, le prisme de Wollaston permet de générer deux ondes croisées orthogonalement et d'analyser les ondes de chocs quelle que soit leur orientation

Digital Holographic Interferometry for Analysing High‐Density Gradients in Fluid Mechanics

Digital holographic interferometry has been developed by ONERA for analysing high refractive index variations encountered in fluid mechanics. First, the authors present the analysis of a small supersonic jet using three different optical techniques based on digital Michelson holography, digital holography using Wollaston prisms and digital holography without reference wave. A comparison of the three methods is given. Then, two different interferometers are described for analysing high‐density gradients encountered in high subsonic and transonic flows. The time evolution of the gas density field around a circular cylinder is given at Mach 0.7. Finally, a digital holographic method is presented to visualize and measure the refractive index variations occurring inside a transparent and strongly refracting object. For this case, a comparison with digital and image holographic interferometry using transmission and reflection holograms is provided

Interférométrie holographie numérique à double référence

International audienceCet article propose un interféromètre holographique numérique à double référence pour l’analyse des fortes variations d’indice de réfraction rencontrées dans les écoulements transsoniques et supersoniques. Pour cela, un prisme de Wollaston est inséré dans le bras de référence afin de générer simultanément deux ondes de référence polarisées orthogonalement. En conséquence, les interférogrammes enregistrés contiennent deux réseaux de franges d’interférence croisés et perpendiculaires qui donnent deux ordres complètement séparés dans le spectre de Fourier. Il est alors possible d’analyser un objet transparent quelle que soit l’orientation du gradient d’indice de réfraction en utilisant les deux cartes de phases reconstruites avec chacun des deux premiers ordres d’interférences. La fusion des cartes de phase donne une carte de phase unique dans laquelle les singularités de phase sont éliminées. Les résultats expérimentaux démontrent la pertinence de l’approche proposée pour l’analyse des ondes de choc émises dans le sillage instationnaire autour d’un cylindre circulaire à Mach 0,75

Reconstruction 3D de jets par tomographie holographique numérique multidirectionnelle

International audienceCet article s’intéresse à la reconstruction 3D de la masse volumique d’écoulements instationnaires tridimensionnels. Cette reconstruction est basée sur le principe de la tomographie qui, à partir de données suivant différents points de vue, permet la reconstruction 3D par méthode inverse. Pour faire cela, 6 chemins op-tiques de l’écoulement sont mesurés simultanément, chacun suivant un point de vue différent, grâce à 6interféromètres de type Mach-Zehnder synchronisés par un laser pulsé. L’algorithme qui reconstruit la masse volumique minimise, par la méthode des gradients conjugués, un critère composé d’un terme de moindres carrés pénalisé par une régularisation de Tikhonov. La mesure des chemins optiques et la reconstruction 3Dsont testées sur des jets d’air supersoniques sortant de buses avec des formes tridimensionnelles

Comparaison de l'holographie numérique et de la strioscopie interférentielle utilisées pour la reconstruction des champs 3D de jets d'air et d'hélium

Les modèles analytiques et les simulations numériques de calcul des écoulements (CFD) utilisés de nos jours nécessitent des mesures spatiales et temporelles fines pour initialiser les codes et valider leurs résultats. Les techniques de mesure optique utilisées ici sont à la fois globales et non-intrusives. Elles permettent de mesurer l'indice de réfraction et donc la masse volumique de l'écoulement. Au contraire de l'ombroscopie et de la strioscopie classique qui restent des méthodes qualitatives, l'holographie numérique, la Background Oriented Schlieren et l'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston sont des méthodes quantitatives. L'holographie présente l'avantage de faire une mesure du chemin optique ce qui évite les problèmes d'intégration des deux autres méthodes. Les résultats obtenus en soufflerie bidimensionnelle ont prouvé l'efficacité de la méthode et demandent à être adaptés aux écoulements tridimensionnels. L'objet de cette présentation s'intéresse à la mesure de la masse volumique par interférométrie holographique numérique et par strioscopie à prisme de Wollaston. Dans un premier temps, deux montages optiques ont été mis en place pour étudier les écoulements d'hélium laminaires et d'air supersoniques issus de buses tridimensionnelles. Ces deux montages, l'un d'holographie numérique et l'autre d'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston, permettent de créer des bases de données tomographiques des écoulements. Pour comparer les projections tomographiques des deux méthodes, il a été choisi d'intégrer les résultats d'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston. Concernant les jets d'hélium, les deux méthodes donnent des résultats équivalents avec un écart quadratique inférieur à 0,1?m pour une plage de mesure allant de 0 à 2?m. Cependant, cet écart est beaucoup plus grand pour les jets d'air supersoniques : les déviations lumineuses au niveau des ondes de choc sont importantes et un biais de mesure est constaté. Une fois ces bases de données créées, un code de reconstruction 3D de la masse volumique a été développé. La reconstruction de la masse volumique est fondée sur une approche de régularisation de Tikhonov dans laquelle la fidélité aux données de projection est pondérée par un terme de régularisation qui pénalise la norme du gradient de masse volumique. Comme les projections ont été réalisées avec des faisceaux parallèles, il est possible de reconstruire le volume par plans. Ainsi, comme tous les plans sont reconstruits indépendamment les uns des autres, la parallélisation des algorithmes d'inversion permet de reconstruire le volume avec un gain de temps non négligeable par rapport au cas de rayons divergents. Les reconstructions suivant les deux méthodes sont comparables en terme de résolution et d'ordre de grandeur. Cependant, l'holographie numérique a une convergence plus rapide par rapport à l'interférométrie différentielle à prisme de Wollaston. En effet, la résolution du problème inverse par une méthode qui mesure les chemins optiques et non leurs dérivées ne nécessite pas la propagation des conditions aux limites

Algorithme de dépliement de phase guidé par un facteur de qualité en holographie numérique pour l'étude des écoulements complexes

L'holographie numérique est une technique optique d'imagerie permettant d'enregistrer simultanément l'amplitude et la phase d'une onde diffractée par un objet. C'est un procédé non intrusif utilisé dans de nombreux domaines biomédicales ou encore technologiques, et dont les applications sont variées : stockage de l'information, analyse de vibrations, étude des tissus biologiques ... En mécanique des fluides, cette technique présente un caractère particulièrement pertinent pour la tomographie d'écoulements puisqu'elle permet de remonter à la distribution bidimensionnelle, voire tridimensionnelle de la masse volumique. Comme pour d'autres techniques d'imagerie impliquant des mesures de phase (imagerie par résonance magnétique, l'imagerie radar à synthèse d'ouverture interférométrique...), en l'holographie numérique, les valeurs de la phase déduites sont contenues dans l'intervalle [- ?, + ?]. Le dépliement de ces phases constitue un point fondamental auquel il faire face pour pouvoir être exploité. C'est une opération non triviale, et le signal mesuré est souvent entaché de bruit ce qui peut être critique dans le cas de milieux à forts gradients d'indice. Le champ de recherche associé a donné lieu à divers travaux et au développement de plusieurs approches de dépliement de phase plus ou moins efficaces. Dans ce contexte de tomographie en mécanique des fluides, un banc d'holographie numérique basé sur un interféromètre de Mach Zehnder hors axe, et développé à l'ONERA [1], a été déployé autour de la soufflerie à rafale de l'Institut Saint-Louis (ISL) pour analyser un écoulement supersonique à Mach 2 autour d'un spike axisymétrique en dérapage. Le spike est en incidence de 6° et effectue un mouvement de rotation autour de l'axe du vent à intervalle régulier pour constituer différentes lignes de visée. Pour chaque position, une série d'interférogrammes est enregistrée avant et pendant l'écoulement. Les cartographies des distributions de phase sont déduites en sélectionnant l'ordre +1 de la transformée de Fourier bidimensionnelle des interférogrammes, et la référence soustraite de la mesure afin de ne conserver que la contribution de l'écoulement dans la phase. Enfin, cette différence de phase résultante est dépliée à l'aide de l'algorithme proposé par Herraez et al. [2] qui suit un chemin non continu défini par un facteur de fiabilité, et qui permet d'isoler et de contourner les zones de choc, souvent problématiques. Cette méthode a été éprouvée et a montré son efficacité sur d'autres types d'écoulements compressibles, avec notamment l'exemple d'un jet d'air sous détendu à différents rapports de pression. Les résultats obtenus dans le cas du spike sont prometteurs et en bon accord avec ceux prédits par les tables de choc.   [1] J.M. Desse, F. Olchewsky, Digital Mach-Zehnder holographic interferometer using pulsed laser for analyzing large flow fields, Digital Holography, Heidelberg, OSA congress, Germany, July 2016. [2] M. A. Herraez, D. R. Burton, M. J. Lalor and M. A. Gdeisat, Applied Optics, Vol. 41, No. 35, (2002

Physics case for an LHCb Upgrade II - Opportunities in flavour physics, and beyond, in the HL-LHC era

The LHCb Upgrade II will fully exploit the flavour-physics opportunities of the HL-LHC, and study additional physics topics that take advantage of the forward acceptance of the LHCb spectrometer. The LHCb Upgrade I will begin operation in 2020. Consolidation will occur, and modest enhancements of the Upgrade I detector will be installed, in Long Shutdown 3 of the LHC (2025) and these are discussed here. The main Upgrade II detector will be installed in long shutdown 4 of the LHC (2030) and will build on the strengths of the current LHCb experiment and the Upgrade I. It will operate at a luminosity up to 2×1034 cm−2s−1, ten times that of the Upgrade I detector. New detector components will improve the intrinsic performance of the experiment in certain key areas. An Expression Of Interest proposing Upgrade II was submitted in February 2017. The physics case for the Upgrade II is presented here in more depth. CP-violating phases will be measured with precisions unattainable at any other envisaged facility. The experiment will probe b → sl+l−and b → dl+l− transitions in both muon and electron decays in modes not accessible at Upgrade I. Minimal flavour violation will be tested with a precision measurement of the ratio of B(B0 → μ+μ−)/B(Bs → μ+μ−). Probing charm CP violation at the 10−5 level may result in its long sought discovery. Major advances in hadron spectroscopy will be possible, which will be powerful probes of low energy QCD. Upgrade II potentially will have the highest sensitivity of all the LHC experiments on the Higgs to charm-quark couplings. Generically, the new physics mass scale probed, for fixed couplings, will almost double compared with the pre-HL-LHC era; this extended reach for flavour physics is similar to that which would be achieved by the HE-LHC proposal for the energy frontier

LHCb upgrade software and computing : technical design report

This document reports the Research and Development activities that are carried out in the software and computing domains in view of the upgrade of the LHCb experiment. The implementation of a full software trigger implies major changes in the core software framework, in the event data model, and in the reconstruction algorithms. The increase of the data volumes for both real and simulated datasets requires a corresponding scaling of the distributed computing infrastructure. An implementation plan in both domains is presented, together with a risk assessment analysis

Contribution a l'analyse quantitative d'ecoulements rapidement variables avec application au tir d'arme, aux prises d'air et aux sillages

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