激光散斑的测量报告1

激光散斑测量

散斑现象普遍存在于光学成象的过程中，很早以前牛顿就解释过恒星闪烁而行星不闪烁的现象。由于激光的高度相干性，激光散斑的现象就更加明显。最初人们主要研究如何减弱散斑的影响。在研究的过程中发现散斑携带了光束和光束所通过的物体的许多信息，于是产生了许多的应用。例如用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度，利用散斑的动态情况测量物体运动的速度，利用散斑进行光学信息处理、甚至利用散斑验光等等。激光散斑可以用曝光的办法进行测量，但最新的测量方法是利用CCD和计算机技术，因为用此技术避免了显影和定影的过程，可以实现实时测量的目的，在科研和生产过程中得到日益广泛的应用。

实验目的:

通过对激光散斑大小的测量，了解激光散斑的统计特性，学习有关散斑光强分布重要的数据处理方法。

实验原理:

1.激光散斑的基本概念

激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles）或斑纹。如果散射体足够粗糙，这种分布所形成的图样是非常特殊和美丽的（对比度为1），如图1。

激光散斑是由无规散射体被相干光照射产生的，因此是一种随机过程。要研究它必须使用概率统计的方法。通过统计方法的研究，可以得到对散斑的强度分布、对比度和散斑运动规律等特点的认识。

图2说明激光散斑具体的产生过程。当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每一点都要散射光。因此在空间各点都要接受到来自物体上各个点散射的光，这些光虽然是相干的，但它们的振幅和位相都不相同，而且是无规分布的。图1 CCD 经计算机采集的散斑图象

图2 激光散斑的产生(图中为透射式，也可以是反射式的情形) Z X1 X0

Z 来自粗糙表面上各个小面积元射来的基元光波的复振幅互相迭加，形成一定的统计分布。由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈，而散斑的大小要根据光路情况来决定。散斑场按光路分为两种，一种散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑），另一种是由透镜成象形成的（也称主观散斑）。在本实验中我们只研究前一种情况。当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板，在某一距离处的观察平面上可以看到大大小小的亮斑分布在几乎全暗的背景上，当沿光路方向移动观察面时这些亮斑会发生大小的变化，如果设法改变激光照在玻璃面上的面积，散斑的大小也会发生变化。由于这些散斑的大小是不一致的，因此这里所谓的大小是指其统计平均值。它的变化规律可以用相关函数来描述。

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1 / 4 DOC格式可编辑 激光散斑测量技术与应用研究（优.选)

激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，选题较为合理。请尽快确定课题完成方式，完善相关技术路线，开展课题调研论证工作。80

激光散斑测量技术与应用研究

1 前言

近些年来，激光散斑计量技术发展迅速，已在许多领域得到了广泛应用。迄今为止，散斑测量技术经历了两个发展阶段：第一阶段1965-1978年，这一发展阶段以纯光学的相干计量技术为主，形成了一系列纯光学的全息散斑计量方法。对计量机理的解释，主要是用传统的干涉计量理论。第二阶段70年代末开始，这一发展阶段是以光电结合的精密计量技术为主的，全息散斑计量技术向着高精度、高速度及自动化方向发展，同时，发展出了用统计学方法解释的新理论，该理论更适合描述空间随机分布光场。

激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，主要有：直接照相法，双曝光法，电子散斑干涉法，错位散斑干涉法和散斑相关测量技术等。它具有全场，非接触，高精度，高灵敏度和实时快速等优点。现已广泛应用于振动，位移，形变，断裂及粗糙度的测量等方面，成为无损计量领域的有效工具，是当前国际上的热门研究课题之一。

图1.1 激光散斑的技术和应用发展时间路线图

2 激光散斑测量基本理论

1）散斑的形成

一般地说，电磁波以至粒子束经受介质的无规散射后，其散射场常会呈现确

定分布的斑纹结构，这就是所谓的散斑。散斑的形成必须具备两个基本条件:

1）必须有可能发生散射光的粗糙表面。为了使散射光较均匀,则粗糙表面的深度必须大于波长;

2）入射光线的相干度要足够高,例如使用激光

从可见光波长这个尺度看，粗糙的物体表面可以看作是由无规分布的大量面元构成。当相干光照明这样的表面时，每个面元就相当于一个衍射单元，而整个表面则相当于大量衍射单元构成的“位相光栅”。相干光照射时，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光波动在空间相遇时会发生干涉现象。当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到形成具有无规分布的颗粒状结构的衍射图样。这就是光自由空间传播时形成的散斑（颗粒状结构斑点称为散斑）。但应强调的是，在其它的电磁word.

武 汉 轻 工 大 学

毕 业 设 计（论文）

论文题目：基于激光散斑进行位移测量

院 系: 电气与电子工程学院

学 号: 101204222

姓 名: 王 斌

专 业: 电子信息科学与技术

指导老师: 李 丹

二零一四年五月 武汉轻工大学本科毕业设计（论文） 第II页

摘 要

用散斑法测量无题的位移、应变、振动、等是散斑法在实验力学中的主要应用之一。这种测量方法不但有非接触的优点，而且可以测量面内及离面的位移。物体表面以及内部的应变、比较圆满地解决振动与瞬变的问题。本文主要介绍了散斑测量技术的发展情况，对激光散斑的特性进行了系统的分析。

激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法,这种方法具有很强的实用价值。 散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量,也可以进行面内微位移测量。 主要是对面内微位移进行了测量研究,利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD记录下来,分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理,并得出了相应的结论。 最后,对以上两种测量法的特点和测量误差产生的原因都作了简单的分析和比较。

关键词：激光散斑； 位移测量； 数字图像处理； 位移散斑图 武汉轻工大学本科毕业设计（论文） 第III页

Abstract

One main application of the speckle measurement method in experimental

matlab激光光斑的测量总结

激光光斑的测量是激光技术中非常重要的一个环节，对于激光器的性能评估以及激光系统的设计和优化都具有重要意义。本文将对激光光斑的测量进行总结，主要包括光斑尺寸的测量方法、常用的测量仪器以及测量结果的分析与应用。

光斑尺寸的测量方法主要有两种：直接测量法和间接测量法。

直接测量法是指通过使用特定的测量仪器直接测量光斑的尺寸。常用的直接测量方法包括位置扫描法、多次反射法和像散检测法等。位置扫描法是指将探测器逐点移动到激光光斑上进行测量，通过记录光斑在每个位置上的光强分布，然后计算出光斑的尺寸。多次反射法是指在反射面上放置一个探测器，通过测量反射光强的分布，再通过计算反推出光斑的尺寸。像散检测法是指使用特定的透镜将光斑成像，并通过透镜后的像散效应来测量光斑的尺寸。

间接测量法是指通过测量光斑相关的参数间接推测出光斑的尺寸。常用的间接测量方法包括功率剖面测量法和角度测量法。功率剖面测量法是通过测量光斑的功率分布来推测光斑的尺寸。角度测量法是通过测量光斑的发散角度来推测光斑的尺寸。

常用的激光光斑测量仪器主要有光功率计、光谱仪、光学显微镜、CCD相机和像散仪等。光功率计用于测量激光光斑的功率；光谱仪用于测量激光光斑的光谱特性；光学显微镜和CCD相机用于直接观察和记录激光光斑的形状和尺寸；像散仪则用于测量光斑的像散特性。

对于测量结果的分析与应用，需要考虑激光光斑的形状、尺寸、功率分布以及光谱特性等。通过对测量结果的分析，可以评估激光器的质量和性能，判断激光器是否符合设计要求，找出存在的问题并进行调整和优化。此外，测量结果还可以用于激光器的校准、光学系统的调试以及激光器的匹配等应用中。

总之，激光光斑的测量对于激光技术的研究和应用都具有重要意义。通过选择合适的测量方法和仪器，并对测量结果进行分析和应用，可以提高激光器的质量和性能，推动激光技术的发展和应用。