Optical coherence tomography is an imaging modality with an outstanding resolution. During the project, a time domain OCT system based on a Michelson fibre interferometer was implemented and put into operation. A super-luminescent diode with a centre wavelength of 1295nm and a bandwidth of 45nm was selected as light source and a linear variable delay line as reference. Basic tests were made on phantoms constructed of filter foils and on gel-like agar slices with optical properties similar to human tissue. It was shown that the achievable resolution was at least 36um and can be increased. The system can easily be enhanced to create two-dimensional images. / Optische Kohärenztomographie ist ein bildgebendes Verfahren mit einer hervorragenden räumlichen Auflösung. Im Laufe des Projekts wurde ein OCT-System basierend auf einem faseroptischen Michelson-Interferometer implementiert und in Betrieb genommen. Als Lichtquelle wurde eine Superlumineszenzdiode mit einer Mittenwellenlänge von 1295nm und einer Bandbreite von 45nm gewählt. Eine variable optische Verzögerungsleitung diente als Referenz. Erste Messungen an Filterfolien und gelähnlichen Agarphantomen, die die optischen Eigenschaften von menschlichem Gewebe nachbildeten, lieferten eine räumliche Auflösung von mindestens 36um. Durch die modulare Bauweise ist das System leicht für zweidimensionale Aufnahmen erweiterbar.

This thesis is specialized on composition of workplace for experiments flowing from optical interferometry. Here are described laboratory exercise servant for demonstration basic principles of interferometry. In more details is described method measurement of height profile objects with method white light interferometry.

This thesis deals with a theoretical analysis and experimental verification of a new method for the refractive index of air measurement. This method uses a combination of laser and low-coherence interferometry. The experimental setup is based on the Michelson interferometer equipped with a double-spaced glass cell. The optical path difference between the inner and outer part of the cell that is proportional to air refractivity is estimated using two low-coherence interference signals. These signals are analysed in the frequency domain which results in the dependence of the phase change caused the by air on vacuum wavelength. This dependency is fitted by a theoretical function based on Edlén's equations in order to calculate the phase difference for laser wavelength. This value is then made more accurate utilising two laser interference signals and used for the air refractive index calculation. The new method was experimentally verified and compared to two different techniques. Moreover, the measurement uncertainty was evaluated.

In this thesis, an analysis of the various parameters derivable from polarimetric SAR measurements is reported. The theory related to polarimetry and the state of the art of its application to remote sensing of the Earth by means of SAR systems are thoroughly discussed. The experimental part of this work pursues the task of analyzing all the relevant polarimetric parameters. In the first part of the thesis, a systematic study of the different ways of examining polarimetric data has been performed. The main aim was to evaluate possible differences among the various polarimetric observables and the amount and usefulness of the information they contain. In this context, these observables have been compared by means of the accuracy estimates resulting from classification tests of real polarimetric SAR data. In the analysis proposed here, such accuracy estimates act as an objective measure of the “utility” of the observables. In the second part, some of the aforementioned polarimetric observables have been used for interferometric applications. The main objective was to determine if a characterization of volume scattering, one of the terms affecting the interferometric coherence, is possible. Once again a comparison of the selected parameters has been done in terms of their capability to reduce the effects of volume scattering in interferometric coherence images. Since this work is intended as a general survey of polarimetric observables, completeness has been an important goal, which the author hopes to have achieved. The twofold view of the investigations reported here, oriented both to classification and interferometry, contributes to a comprehensive understanding of the parameters under study. Keywords: Radar imaging, synthetic aperture radar (SAR), SAR polarimetry, SAR interferometry, polarimetric SAR interferometry, image classification. / In dieser Arbeit wird über die Analyse von unterschiedlichen Parametern, ermittelt vom polarimetrischen SAR, berichtet. Die Theorie der Polarimetrie und der Stand der Technik in der Radarfernerkundung der Erdoberfläche, die auf SAR-Systemen beruhe, ist gründlich dargestellt. Der experimentelle Anteil dieser Arbeit beinhaltet die Analyse von allen relevanten polarimetrischen Parametern. Der erste Teil ist eine systematische Untersuchung von polarimetrischen Daten, wobei unterschiedliche Wege analysiert werden. Die Hauptaufgabe besteht darin, sowohl die möglichen Unterschiede zwischen den verschiedenen Eingangsparametern als auch die Anzahl von Parametern und deren Nutzen zur Informationsgewinnung zu untersuchen. Demzufolge wurden die Eingangsparameter hinsichtlich ihrer Klassifikationsgenauigkeit auf vorhandene SAR Daten verglichen. In der vorgeschlagenen Untersuchung stellen die Genauigkeitsanalysen ein objektives Kriterium für den sogenannten “Nutzen” der Eingangsparameter dar. Im zweiten Teil wurden die zuvor genannten polarimetrischen Eingangsparameter für die interferometrische Anwendung eingesetzt. Im Vordergrund stand die Bestimmung der Volumenstreuung und deren Einfluss auf eines der Elemente der interferometrischen Kohärenz. Auch hier fand ein Vergleich der ausgesuchten Parameter in Bezug auf ihre Fähigkeit, den Effekt der Volumenstreuung in der interferonmetrischen Kohärenz zu reduzieren, statt. Diese Arbeit möchte eine allgemeine Erfassung von polarimetrischen Eingangsparametern geben, wobei ein wichtiger Punkt, vom Autor hoffentlich erreicht, die Vollständigkeit ist. Die doppelte Sicht der vorgestellten Untersuchungen, angelehnt an die Polarimetrie und Interferometrie, trägt zu einem umfassenden Verständnis der Parameter in dieser Arbeit bei. Stichworte: Abbildendes Radar, Synthetisches Apertur Radar (SAR), SAR-Polarimetrie, SAR-Interferometrie, Polarimetrische SAR-Interferometrie, Klassifikation.

Lake Vostok, der größte der über 70 subglazialen Seen in der Antarktis, ist derzeit einer der Forschungsschwerpunkte der geowissenschaftlichen Polarforschung. Der See erstreckt sich unter einer 4 000 m dicken Eisschicht auf über 250 km Länge mit einer Wassertiefe von bis zu 1 000 m. Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Gezeiten auf den Wasserstand des Sees, die eine bisher nicht betrachtete Komponente in der Zirkulation im See darstellen. Auf Grund seiner Ausdehnung ist das Gezeitenpotential an verschiedenen Punkten auf dem See nicht gleich, sondern weist differentielle Unterschiede auf. Unter der Annahme, dass sich die Seeoberfläche entlang einer Äquipotentialfläche ausrichtet, ergeben sich Gleichgewichtsgezeiten des Sees mit Amplituden von bis zu 4,6 mm für die größte ganztägige Tide K1 und 1,8 mm für die größte halbtägige Tide M2. Differenzen des Luftdruckes zwischen Nord- und Südteil des Sees rufen zusätzlich einen differentiellen inversen Barometer-Effekt hervor. Der inverse Barometer-Effekt besitzt im wesentlichen die spektralen Eigenschaften eines roten Rauschens. Die Variationen erreichen bis zu +/- 20 mm. Zum messtechnischen Nachweis derartiger Höhenänderungen an der Eisoberfläche über dem See wurden drei unterschiedliche Verfahren herangezogen. Differentielle GPS-Messungen zwischen einem Punkt auf aufliegendem Eis und einem zweiten in der südlichen Seemitte bestätigen die Modellvorstellungen und zeigen sowohl mit der Luftdruckdifferenz korrelierte Höhenänderungen als auch Höhenänderungen mit ganz- und halbtägigen Perioden. Die SAR-Interferometrie als flächenhaft arbeitende Methode zur Bestimmung von Höhenänderungen lässt den räumlichen Verlauf der Deformation erkennen. Dabei zeigt sich, dass sich die Aufsetzzone auf dem etwa 50 km breiten See bis in die Seemitte ersteckt. Erdgezeitenregistrierungen, die im Jahr 1969 in der Station Vostok durchgeführt wurden, zeigen zwar Auffälligkeiten wie etwa einen stark erhöhten Luftdruckregressionskoeffzienten und einen Phasenvorlauf der K1-Tide, diese können jedoch nicht eindeutig als Resultat von Höhenänderungen der Seeoberfläche identifiziert werden. Auf Grund der Lage der Station Vostok nahe dem Ufer des Sees ist die Deformation dort schon stark gedämpft. Die zu erwartenden Effekte liegen daher unterhalb der Auflösung der damaligen Messungen. Damit sind die theoretischen Grundvorstellungen über die Reaktion des subglazialen Sees auf Gezeiten- und Luftdruckanregungen herausgearbeitet, sowie diese Effekte mit zwei unabhängigen und komplementären Messverfahren nachgewiesen. / Lake Vostok, the largest of more than 70 subglacial lakes in the Antarctic, is one of the prominent topics of recent geoscientific polar research. The lake extends beneath the 4,000 m thick ice sheet to a length of more than 250 km with a water depth of up to 1,000 m. This thesis aims to investigate the influence of tides on the lake level which has not been considered so far in the discussion of water circulation within the lake. Due to the extent of the lake the tidal potential at different positions on its surface is not equal but exhibits a differential effect. Under the assumption of the lake level to be parallel to an equipotential surface the equilibrium tides of the lake yield amplitudes of up to 4.6 mm for the largest diurnal tidal constituent K1 and 1.8 mm for the largest semi-diurnal wave M2. In addition, differences in air pressure between the northern and the southern part of the lake result in a differential inverse barometric effect. This effect shows red noise characteristics with variations of up to +/- 20 mm. Three different types of measurements were used to verify corresponding height changes of the ice surface above the lake. Differential GPS measurements between one station on grounded ice and one in the southern centre of the lake confirm the concept and show height changes correlated to air pressure differences as well as changes with diurnal and semi-diurnal periods. SAR interferometry as a spatial method to determine height changes reveals the areal extent of the deformation with a grounding zone extending to the centre of the about 50 km wide lake. Gravimetric earth tide data recorded at Vostok Station in 1969 show pecularities such as an increased regression with air pressure and a phase lead of the K1 tide. However, these effects cannot be explicitly attributed to height changes of the lake surface. Due to the position of the station near the edge of the lake the effect is highly attenuated and below the noise level of these measurements. This work introduces the concept of the response of the subglacial lake to the tidal potential and to air pressure forcings and presents evidence for the effect by two different techniques proving the validity of the model.

Depuis la découverte des rayons X par Röntgen, l'imagerie radiographique utilise le contraste d'absorption. Cette technique est e fficace uniquement si les objets à étudier sont suffi samment absorbants. C'est pour cela qu'on peut détecter une lésion osseuse avec une radiographie, mais pas une lésion ligamentaire. Toutefois, l'imagerie par contraste de phase peut permettre de surmonter cette limite. Depuis les années 2000, s'appuyant sur des travaux similaires en optique visible, les scientifi ques des rayons X essayent de mettre au point des dispositifs sensibles au contraste de phase et compatibles avec des applications industrielles comme l'imagerie médicale ou le contrôle non destructif. Néanmoins, les architectures classiques des interféromètres sont très diffi ciles à mettre en place dans les rayons X durs, et sont trop contraignantes pour être transférables vers l'industrie. C'est pourquoi des dispositifs utilisant des réseaux de diff raction ont été les plus développés. Ils ont permis d'obtenir les premières images de radiographie par contraste de phase sur des humains vivants. Mais les architectures proposées aujourd'hui utilisent plusieurs réseaux et son contraignantes pour les industriels. C'est pourquoi j'ai développé au cours de ma thèse un système n'utilisant qu'un unique réseau de phase. J'ai montré qu'un tel dispositif peut générer des interférogrammes achromatiques et invariants par propagation. Ce dispositif a permis d'effectuer des mesures de contraste de phase quantitatives sur un fossile biologique, ainsi que des mesures métrologiques sur des miroirs plans adaptés aux rayons X.

De nombreux analyseurs de surface d'onde ont été proposés. Parmi eux, l'interféromètre à décalage latéral est un outil à présent bien connu pour mesurer les aberrations classiques. L'objet de l'étude est de mesurer des surfaces d'ondes plus complexes : le premier degré de complexité a été d'ajouter des discontinuités (par exemple, un saut de phase) à la surface d'onde. Ce type de surface a été mis en oeuvre dans une application de recombinaison cohérente de fibres laser, dans le cadre du projet CAN (Coherent Amplification Network) visant à démontrer la mise en phase de 64 fibres passives. D'autre part, les propriétés particulières de l'interféromètre ont permis d'établir théoriquement et expérimentalement un mode de mesure soustractif séparant les discontinuités des aberrations lentement variables dans le cas d'une analyse d'une onde présentant ces deux défauts superposés. Enfin, en exploitant toute l'information fournie par l'interféromètre, il est possible de mesurer à la fois l'amplitude et la phase d'une onde, et par conséquent de la connaître de manière complète à un endroit de l'espace. L'interféromètre est donc, bien plus qu'un simple analyseur de surface d'onde, un analyseur d'amplitude complexe, c'est-à-dire de champ électromagnétique. Cette capacité de mesure a été illustrée par la caractérisation de structures sub-longueur d'onde. D'autre part, nous avons montré que la présence de dislocations de phase (ou vortex) dans le champ électromagnétique n'était pas problématique. Ceci laisse donc envisager de nouvelles applications, comme le contrôle non-intrusif de surfaces ou d'écoulements conduisant à des modifications violentes de la phase d'un faisceau incident.

LE BUT DE L'EXPERIENCE FRANCO-ITALIENNE VIRGO, EST LA DETECTION DES ONDES GRAVITATIONNELLES AVEC UN INTERFEROMETRE DE MICHELSON-MORLEY, AYANT DES BRAS DE 3 KM DE LONG. CETTE ETUDE EST FOCALISEE SUR LE BANC DE DETECTION DE VIRGO, DONT LES FONCTIONS PRINCIPALES SONT DE FOURNIR LE SIGNAL D'ONDE GRAVITATIONNELLE ET D'AMELIORER SON RAPPORT SIGNAL SUR BRUIT EN UTILISANT UNE CAVITE OPTIQUE RESONNANTE. C'EST UN ENSEMBLE FORME DE COMPOSANTS OPTIQUES (UN CAVITE OPTIQUE FABRY-PEROT), MECANIQUES (MOTEURS SOUS VIDE), ELECTRONIQUES (PHOTODIODES, AMPLIFICATEURS) ET INFORMATIQUES (LECTURE, CONTROLE). PLACE DANS UNE ENCEINTE A VIDE POUR L'ISOLER DU BRUIT ACOUSTIQUE, IL EST AUSSI ACCROCHE A UNE SUSPENSION QUI L'ISOLE DU BRUIT SISMIQUE. L'OBJET DE CETTE THESE, EST L'ETUDE, LA REALISATION ET LE TEST DES SYSTEMES DE CONTROLE AUTOMATIQUE DE POSITION DU BANC : LE SYSTEME DE POSITIONNEMENT LOCAL CONTROLE PAR UNE CAMERA CCD ET LE SYSTEME GLOBAL, COMPRENANT UNE OPTIQUE D'ADAPTATION (TELESCOPE), DES CAPTEURS DE POSITION INSTALLES SUR LE BANC, AINSI QUE L'ELECTRONIQUE ET L'INFORMATIQUE ASSOCIEES. LE BRUIT RESIDUEL DU SYSTEME LOCAL, QUI CONTROLE LES SIX DEGRES DE LIBERTE DU BANC, EST DE 5RAD#R#M#S EN ANGLE ET DE 4M#R#M#S EN POSITION. LE SYSTEME GLOBAL QUI SUIT UN DES DEUX FAISCEAUX DE SORTIE DE L'INTERFEROMETRE, REDUIT LE BRUIT ANGULAIRE D'UN ORDRE DE GRANDEUR, CE QUI EST SUFFISANT POUR L'ALIGNEMENT CORRECT DE LA CAVITE RESONNANTE. L'ENSEMBLE DU SYSTEME DE POSITIONNEMENT DU BANC DE DETECTION PRESENTE DANS CE MEMOIRE SERA INSTALLE SUR LE SITE AU DEBUT DE L'ANNEE 1999 EN MEME TEMPS QUE LE RESTE DE LA PARTIE CENTRALE DE L'EXPERIENCE VIRGO.

L'interferometrie astronomique est une technique instrumentale en plein essor actuellement, developpee dans le but d'accroitre significativement la resolution angulaire pour les observations astrophysiques. Cependant, la mise en place de cette technique presente encore quelques points durs, notamment la recombinaison d'un grand nombre de telescopes dans le cas des grands reseaux developpes actuellement. Le travail presente dans cette these concerne une nouvelle methode instrumentale de recombinaison des faisceaux, basee sur l'optique integree. Je montre que cette technologie, developpee a l'origine dans le domaine des telecommunications, est egalement adaptee aux besoins instrumentaux astronomiques, notamment en matiere de fonctionnement sur de large bandes de longueurs d'onde. En particulier, l'optique integree donne acces facilement au filtrage spatial et a la calibration photometrique dont l'usage pour ameliorer la qualite des mesures est maintenant reconnu. Apres une presentation de la technique d'interferometrie astronomique et de ses besoins instrumentaux specifiques, je decris les principes generaux de l'optique integree planaire et les possibilites qu'elle offre. Les resultats des etudes en laboratoire de differents composants de recombinaison ont permis de comprendre les points cles sur lesquels l'attention doit etre portee lors de la realisation d'un instrument base sur cette technologie. Les premiers resultats obtenus sur le ciel avec deux telescopes sur l'interferometre IOTA (Arizona, USA) sont egalement presentes, donnant des mesures astrophysiques tout a fait en accords avec des resultats publies. Grace a l'experience acquise, un second instrument permettant cette fois la recombinaison simultanee de trois faisceaux a ete developpe, et est en cours de tests. Il permettra ainsi d'avoir acces a la phase de l'objet et non plus uniquement au contraste des franges, ouvrant de ce fait la voie a l'imagerie sur les objets observes. La maturite acquise pour l'utilisation de cette technologie en astronomie a permis de demarrer des projets instrumentaux complexes. Ainsi, l'optique integree est utilisee dans des etudes de validation technologique pour le futur interferometre spatial IRSI-DARWIN.

Les recents progres de l'interferometrie optique, en termes de resolution spatiale, de sensibilite et de precision des mesures, ont rendu cette technique particulierement bien adaptee a l'etude de l'environnement proche des etoiles jeunes, etoiles qui possedent en leur sein les cles de la formation stellaire et planetaire. De fait, les premieres observations interferometriques ont revele nombre d'informations essentielles sur la nature de la structure etendue entourant ces objets. L'instrument AMBER, le recombinateur proche infra-rouge 3 telescopes du Very Large Telescope Interferometer (VLTI), va, en inaugurant l'ere de l'imagerie interferometrique a tres haute resolution spatiale et spectrale, permettre de franchir une nouvelle etape dans la comprehension des processus physiques regissant ces etoiles. Cette these s'articule autour de l'instrument AMBER. Apres un resume des principes generaux de l'interferometrie optique en presence de turbulence atmospherique, je montre en quoi l'introduction de guides d'ondes dans le schema de recombinaison permet, en utilisant leurs proprietes de filtrage spatial, d'augmenter la precision et la robustesse des mesures. Partant de ces bases theoriques, je developpe ensuite les procedures de reduction de donnees AMBER,soulignant les points specifiques et novateurs concernant le traitement du signal interferometrique. Ces algorithmes ont ete testes et valides a partir de simulations, puis appliques aux mesures a moyenne resolution spectrale de l'etoile de Herbig Be MWC 297, qui presente une forte raie d'emission relative a la transition atomique de l'hydrogene Brackett gamma. Cette etude confirme l'existence d'un disque d'accretion autour de l'etoile et met en evidence la presence d'une enveloppe atmospherique deux fois plus etendue correspondant a la raie d'hydrogene. Enfin j'analyse dans un contexte theorique global, les methodes d'investigation des parametres astrophysiques d'une source observee avec un interferometre optique monomode, respectivement par ajustement de modeles et par reconstruction d'images. Je repertorie notamment les difficultes majeures limitant les capacites d'AMBER en tant qu'imageur de l'environnement circumstellaire des etoiles jeunes.