光散斑的性质、测试方法 及面内位移的散斑测量

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1 光散斑的性质、测试方法 及面内位移的散斑测量
一、实验目的 了解散斑的性质及特点； 掌握散斑的测试方法； 掌握散斑测量平面位移的基本原理； 进行面内位移的散斑测量, 对散斑测量形成定性认识。

2 二、实验原理 当一束激光射到物体的粗糙表面上时，在粗糙表面前面的空间将布满明暗相同的亮斑与暗斑，这些亮斑与暗斑的分布是杂乱的，故称为散斑（Speckle）。借助于散斑不仅可研究粗糙表面本身，而且还可以研究它的形状与位置变化。因此，把获取这些信息的各种实验技术称为散斑技术。 散斑是相干照明时，粗糙表面各个面积元上散射光波之间干涉在空间域内形成的颗粒状结构。颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，而颗粒尺寸的严格定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值。此值由产生散斑的激光波长l及粗糙表面圆形照明区域对该散斑的孔径角m’所决定 经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，则 在散斑干涉技术中，常常应用成像散斑来进行测量。

3 散斑的基本性质： 1．散斑与均匀场的相干结合，散斑图与相应的单独散斑图分布差别不大，只是全暗光斑较少一些 2．散斑与均匀场的不相干叠加，没有全暗散斑 3．两个散斑场的相干相加，散斑的大小没有明显变化 4．两个散斑场的非相干相加，没有全暗光斑

4 设为散斑沿水平方向的位移，U为物体沿水平方向的位移，则有以下关系：
当物体发生位移时，引起前方空间散斑场分布的变化，通过测量散斑场的变化，从而得到物体位移的相关信息。测量面内位移的原理如图所示。实际测量时，以单束激光S照射物体U的表面，在物体前方空间将充满散斑，取CCD靶面平行物平面的位置，CCD将光强信号转换为电信号，再经图像卡数字化后形成灰度信号存储。当物体发生位移时，空间散斑颗粒也发生位移，则空间散斑在CCD靶面上也同样发生位移，在存储器中分别记录下物体位移前后的空间散斑图。在位移前散斑图上，取散斑某子区，将其在位移后的数字散斑图上进行相关搜索，由相关系数的最大值求出位移值。 设为散斑沿水平方向的位移，U为物体沿水平方向的位移，则有以下关系： 其中g、i分别为观察方向和入射光方向与物平面的夹角，rp、rs分别是观察点P以及光源S到物体平面的距离。本实验中，因为调整观察以及入射光方向均与物面垂直，故g、i均为0。于是

5 三、实验光路 光散斑性质测试光路

6 面内位移的散斑测试光路

7 四、实验记录 1、光散斑性质测试（按下图组合分别观察散斑场叠加现象） 2、面内位移的散斑测试（做出W-U曲线） 工作台16 工作台18
平面镜 毛玻璃 钢片 铝片 1 4 7 8 2  5 9 3 6 2、面内位移的散斑测试（做出W-U曲线） U1 U2 U＝U1－U2 W K=1+rp/rs 1 2 3 4 5

8 五、思考题 1. 对绘制的曲线进行分析，评价此次实验结果。 2. 若计算机所得结果存在竖直方向位移，分析其原因。 3. 进行实验误差分析。