激光散斑测量讲解

激光散斑的测量By 金秀儒物理三班Pb05206218实验题目：激光散斑的测量学号：PB05206218姓名：金秀儒实验目的：了解激光散斑的统计特性，学会两种处理激光散斑的重要方法----自相关函数法和互相关函数法。

实验仪器：氦氖激光器，全反射镜，双偏振片，透镜，毛玻璃， CCD ，计算机。

实验原理：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体时，在散射体表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。

（1）自相关函数假设观察面任意两点上的散斑光强分布为I 11（x ,y ），22I （x ,y ），我们定义光强分布的自相关函数为：G （x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ(x2,y2) 〉 进行归一化处理，可以得到归一化的自相关函数为：222(,)()/1exp[()/]g x y G x I x y S ∆∆=∆<>=+-∆+∆（2）两个散斑场光强分布的互相关函数：假设观察面任意一点Q1上的散斑光强分布为I 11（x ,y ），当散射体发生一个变化后（如散射体发生一个微小的平移220d d d ξη=+）观察面任意一点Q2上的散斑光强分布为I '11（x ,y ） 定义光强分布的互相关函数为：11221122GC x ,y ;x ,y )=<I(x ,y ) I'(x ,y ) >（;可以,归一化的互相关函数为：2121222(1/())(1/())(,)1exp{[]}exp{[]}C x d P P y d P P g x y SSξηρρ∆++∆++∆∆=+--实验光路图 1.氦氖激光器 2.双偏振片 3.全反射镜 4.透镜 5.毛玻璃 D 7.计算机5-数据处理及结论：一、原始数据和计算机计算结果：1、FFT 计算自相关系数：（r=15）FFT 计算自相关系数：（r=15） 序号 max gmin g max g 位置 min g 位置 散斑半径 SSX 像素 散斑半径SSY 像素 拟合误差1 1.775 -62.24610⨯0 0 11.760 10.767 -35.54410⨯2 1.760 -63.67810⨯0 0 11.898 10.737 -35.61010⨯ 3 1.855 -54.55310⨯0 0 11.416 11.010 -34.81210⨯ 4 1.841 -102.87910⨯0 0 11.555 11.283 -35.41810⨯ 5 1.809 -75.38510⨯0 0 11.797 11.795 -35.38710⨯ 61.768-103.25610⨯0 0 11.196 11.985 -35.71710⨯2、计算互相关：FFT 计算互相关系数：序号 max gmin g max g 位置 min g 位置（1；2） 1.475 0.346 28 0 （2；3） 1.634 0.347 23 0 （3；4） 1.575 0.370 28 0 （4；5） 1.615 0.365 21 0 （5；6） 1.5290.355 283、相关参数（光路图见实验原理部分，已做必须修改）：相关参数：光路参数：L1=35.00cm ；L2=30.50cm ；L3=13.40cm ；L4=53.20cm ； 激光波长：=632.8nm λ； 透镜焦距：f=5.00cm ；1CCD 像素=0.014cm实验光路图：此列全为零！为什么？二、数据处理：1． 完成实验理论值w 和s 的计算294101632.825.001010 2.24103.1415926d w m λπ---⨯⨯⨯===⨯；'22'251222822220119''5103510510 3.501035 2.2410(1)()(1)()5632.810f d d f m w df fππλ-------⨯-⨯=-=⨯-=⨯⨯⨯-+-+⨯；24250102228222201192''(2.2410) 3.501035 2.2410(1)()(1)()5632.810510w w m w df f ππλ-----⨯===⨯⨯⨯-+-+⨯⨯⨯； 22213213.4010 5.73107.6710p l d m ---=-=⨯-⨯=⨯；25230293.1415926(3.5010) 6.0810632.810w a m πλ---⨯⨯===⨯⨯； 1122254122102232(7.6710)()(1) 3.5010(1) 4.4310(6.0810)p w p w m a ----⨯=⨯+=⨯⨯+=⨯⨯； 924241632.81053.2010 2.4210() 4.4310p s m w p λππ----⨯⨯⨯===⨯⨯⨯；2． 完成实验值的计算a) 求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径 SP w πλ=2； 散斑半径 SSX 像素 散斑半径SSY 像素S= 1/2（SSX+SSY ） 11.760 10.767 11.264 11.898 10.737 11.318 11.416 11.010 10.712 11.555 11.283 11.419 11.797 11.795 11.796 11.196 11.985 11.590 _11.26411.31810.71211.41911.79611.59011.3506s +++++==像素；3411.3500.01410 1.5910m m --=⨯⨯=⨯ ；因此，_41.5910s m -=⨯；92424632.81053.2010 6.74103.1415926 1.5910p w m s λπ----⨯⨯⨯===⨯⨯⨯；b) 求出毛玻璃的平均实际位移量 )(112P P xd ρ+∆=ξ；2322211221(6.0810)()(1)7.6710(1)7.732106.7610a p p m p ρ----⨯=+=⨯⨯+=⨯⨯； 3428232821280.01410 2.987105x m --++++∆=⨯⨯=⨯；0y ∆=；因此，22214553.2010()7.73102.98710 3.791011p p x d m ξρ----⨯⨯∆⨯===⨯++； 实验中，实际位移应该是53.0010d m -=⨯，相差不大；实验小结及建议：本实验是一个比较精确的实验，引起误差的主要因素有如下述：仪器方面，光路调整的好坏直接影响到实验的结果；调整光路时应保证各光学元件中心等高，激光束穿过各元件的中心。

【关键字】精品《无损检测导论》课程论文激光散斑检测技术在航空领域的应用一、应用背景复合材料在航空、航天、兵器、船舶、汽车、建筑、医疗、制药、压力容器、橡胶工业等行业中占的比例越来越大，然而复合材料在生产和使用过程易产生开胶、分层、冲击损伤、渗水、蜂窝变形等缺陷，缺陷的扩展给装备带来安全隐患。

目前国内复合材料的检测普遍采用落后的敲击法、超声波、声阻检测方法，这些方法普遍存在灵敏度低、对操作者要求高、缺陷难以定量和定位、检测速度慢等问题。

国外普遍采用先进的激光错位散斑成像无损检测技术，不仅检测灵敏度高，缺陷可以直观数码成像，还可以精确测量缺陷的尺寸、位置，操作简捷方便、速度快，成为复合材料生产或现场无损检测专门解决方案。

成立于1977年的美国激光技术有限公司(LTI)是世界激光散斑成像无损检测技术的领导者，其激光散斑成像技术克服了其它检测手段和早期激光干涉检测技术的许多瓶颈和局限，广泛应用于飞机、火箭、卫星、导弹、舰船、飞船、装甲等生产或在役检测，在实践中证实了巨大的成本效益和超强的无损检测能力。

二、发展激光散斑检测技术于八十年代初期开始应用于无损检测领域，纵观激光检测技术的发展历史,经历了几个发展阶段。

20世纪80年代,出现了激光全息技术,虽具有灵敏度高的优点,也存在着干版化学处理繁琐、必须在隔振台和一定暗室条件下才能工作的缺点。

通过CCD摄像机取代干版、隔振性能改善等一系列改进,出现了电子散斑干涉技术(ESPI),但其还不能适应现场检测的需要,目前已进入到激光错位散斑技术 (shearography)时代。

激光错位散斑干涉技术该技术具有全场性、非接触、无污染、高精度和高灵敏度、快速实时检测等优点适用于蜂窝夹层结构、橡胶轮胎、复合材料粘结质量的检测，并已在航空、航天、汽车和建筑等领域得到了广泛的应用三、基本原理激光错位散斑干涉也称剪切散斑，是在单光束散斑干涉的基础上，利用有一定角度的玻璃光楔使得成像平面上造成特定的错位，在照相干板得到双曝光错位散斑图，再以适当的光路布置显现出条纹进行分析通过被检物体在加载前后的激光散斑图的叠加，从而在有缺陷部位形成干涉条纹。

激光散斑测量实验报告实验报告一、引言二、实验仪器和原理实验仪器：激光、透镜、狭缝、幕布、尺子、直尺实验原理：1.激光散斑现象：当激光通过光学元件后，由于光的波动性，光束经过屏幕成为一幅杂乱无章的亮暗交替、相互交错的斑图，这种图案被称为散斑。

散斑的出现是由于光的相位随机分布所导致的，故散斑图案是一种统计性质的成像效应。

2.透镜焦距的测量：当激光通过透镜时，如果透镜的焦距为f，则在焦距前后的位置，散斑图案会有明显的变化。

通过观察焦距前后散斑的大小和形状，可以确定透镜的焦距。

3.狭缝宽度的测量：当激光通过狭缝时，经狭缝后的散斑会变得更加明显。

通过观察狭缝前后散斑的大小和形状，可以确定狭缝的宽度。

三、实验步骤1.将激光照射到透镜上，观察透镜前后的散斑图案。

2.移动屏幕，找到焦距前后的位置，观察散斑图案的变化。

3.测量透镜到焦距前后的距离，计算出焦距。

4.将狭缝放在激光路径上，观察狭缝前后的散斑图案。

5.测量狭缝前后散斑的距离，计算出狭缝的宽度。

四、实验结果及数据处理1.透镜焦距的测量：透镜到焦距前后的距离为d1和d2，焦距为f，根据几何关系可得：1/f=1/d1+1/d2根据测量数据计算得到透镜焦距为f = xx mm。

2.狭缝宽度的测量：狭缝前后散斑的距离为l，透镜到屏幕的距离为D，根据几何关系可得：d=f*l/D根据测量数据计算得到狭缝宽度为d = xx mm。

五、实验讨论1.实验中使用的激光是否满足单色条件？可以通过观察散斑图案的颜色变化进行判断。

2.实验中是否考虑了折射和衍射对散斑图案的影响？3.实验中使用的透镜和狭缝是否满足理想条件？是否考虑了它们的光学畸变？5.实验中的结果是否与理论值相符？如果不符合，可能的原因是什么？六、结论通过激光散斑测量实验，测量得到了透镜的焦距和狭缝的宽度。

实验结果表明，激光散斑测量是一种简便有效的方法，可以用来测量光学元件的性能参数。

同时，实验中也发现了一些实验中需要注意的问题，并提出了一些改进的建议。

《无损检测导论》课程论文激光散斑检测技术在航空领域的应用一、应用背景复合材料在航空、航天、兵器、船舶、汽车、建筑、医疗、制药、压力容器、橡胶工业等行业中占的比例越来越大，然而复合材料在生产和使用过程易产生开胶、分层、冲击损伤、渗水、蜂窝变形等缺陷，缺陷的扩展给装备带来安全隐患。

目前国内复合材料的检测普遍采用落后的敲击法、超声波、声阻检测方法，这些方法普遍存在灵敏度低、对操作者要求高、缺陷难以定量和定位、检测速度慢等问题。

国外普遍采用先进的激光错位散斑成像无损检测技术，不仅检测灵敏度高，缺陷可以直观数码成像，还可以精确测量缺陷的尺寸、位置，操作简捷方便、速度快，成为复合材料生产或现场无损检测专门解决方案。

成立于1977年的美国激光技术有限公司(LTI)是世界激光散斑成像无损检测技术的领导者，其激光散斑成像技术克服了其它检测手段和早期激光干涉检测技术的许多瓶颈和局限，广泛应用于飞机、火箭、卫星、导弹、舰船、飞船、装甲等生产或在役检测，在实践中证实了巨大的成本效益和超强的无损检测能力。

二、发展激光散斑检测技术于八十年代初期开始应用于无损检测领域，纵观激光检测技术的发展历史,经历了几个发展阶段。

20世纪80年代,出现了激光全息技术,虽具有灵敏度高的优点,也存在着干版化学处理繁琐、必须在隔振台和一定暗室条件下才能工作的缺点。

通过CCD摄像机取代干版、隔振性能改善等一系列改进,出现了电子散斑干涉技术(ESPI),但其还不能适应现场检测的需要,目前已进入到激光错位散斑技术(shearography)时代。

激光错位散斑干涉技术该技术具有全场性、非接触、无污染、高精度和高灵敏度、快速实时检测等优点适用于蜂窝夹层结构、橡胶轮胎、复合材料粘结质量的检测，并已在航空、航天、汽车和建筑等领域得到了广泛的应用三、基本原理激光错位散斑干涉也称剪切散斑，是在单光束散斑干涉的基础上，利用有一定角度的玻璃光楔使得成像平面上造成特定的错位，在照相干板得到双曝光错位散斑图，再以适当的光路布置显现出条纹进行分析通过被检物体在加载前后的激光散斑图的叠加，从而在有缺陷部位形成干涉条纹。

激光散斑测量技术与应用研究引言激光散斑测量技术是一种基于散斑现象的非接触式测量技术，通过激光照射目标物体表面，利用散斑的特性来获取目标物体表面形貌或者表面变形的信息。

该技术具有测量精度高、测量速度快、适用范围广等优点，在科学研究、工业制造、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

散斑现象介绍散斑是指当一束平行光线经过不规则表面或者光束传播介质中的不均匀区域时，由于光的散射而形成的频率和强度的空间变化。

散斑现象的形成原理主要包括两个因素：绕射和干涉效应。

绕射是光线在不规则表面或光束传播介质变化的区域上发生偏折；干涉是不同光线在某一点重新叠加时产生的干涉效应。

通过观察和分析散斑现象，可以获得物体表面形貌、表面变形等信息。

激光散斑测量原理激光散斑测量技术是利用激光的单色性、相干性和定向性，通过激光的投影和散射来实现对目标物体表面形貌或表面变形的测量。

基本的激光散斑测量原理包括以下几个步骤：1.激光照射：将激光照射到目标物体表面，产生散斑现象。

2.散斑记录：使用相机或者其他散斑记录装置记录散斑图像。

3.散斑分析：对散斑图像进行分析，提取目标物体表面形貌或者表面变形的信息。

激光散斑测量技术的应用1. 表面形貌测量激光散斑测量技术可以应用于表面形貌的测量。

通过记录激光照射到目标物体表面的散斑图像，利用散斑图像的信息可以还原出目标物体表面的形貌信息。

这对于制造行业的工件检测、光学元件的表面质量检验等方面具有重要的应用意义。

2. 表面变形测量激光散斑测量技术可以应用于表面变形的测量。

通过记录目标物体在受力或变形作用下的散斑图像，可以分析散斑图像的变化，从而获取目标物体的表面变形信息。

这对于工程结构的应力分析、材料力学性能的研究等方面具有很大的意义。

3. 物体运动测量激光散斑测量技术还可以应用于物体运动的测量。

通过记录目标物体运动过程中的散斑图像，可以利用散斑图像的相位信息提取出物体的运动参数，如速度、加速度等。

这对于机器人导航、运动追踪等领域具有广泛的应用前景。

实验题目：激光散斑测量实验目的：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。

实验器材：氦氖激光器，双偏振片，全反射镜，透镜 ，毛玻璃，CCD ，计算机。

实验原理：激光散斑是由无规散射体（实验中为毛玻璃）被相干光照射产生的。

散斑场按光路分为两种，一种是在自由空间中传播而形成的客观散斑（本实验研究的情况），另一种是由透镜成象形成的主观散斑。

散斑的大小、位移及运动变化可以反映光路中物体及传播介质的变化。

试验中用的是激光高斯光束，其传播时光场的等振幅线在沿光路方向为双曲线。

光斑最细的位置为束腰。

激光经过凸透镜时其偏角会变化，会产生新的束腰。

毛玻璃离透镜的距离改变时，照在其上的光斑半径也随之改变。

实验是通过用计算机测量散斑的变化来算出光路中毛玻璃的移动情况。

激光散斑光强分布的规律由相关函数来描述。

自相关函数为：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉归一化后为： 其中： 互相关函数为：G C （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ’(x 2,y 2) 〉归一化后为： )](ex p[1),(222Sy x y x g ∆+∆-+=∆∆})](/1[ex p{})](/1[(ex p{1),(212212S P P d y S P P d x y x g y x C ρρ++∆-++∆-+=∆∆WP S πλ/2=其中实验数据（原始数据纸质提交）： N s x /像素 s y /像素 1 8.54 7.94 2 7.62 7.95 3 7.59 7.51 4 8.46 8.28 5 7.77 8.35 6 7.70 7.91 77.747.87))(/1(12P P d x x ρ+-=∆实验装置图 1.氦氖激光器 2.双偏振片 3.全反射镜 4.透镜 5.毛玻璃 D 7.计算机123 4 5 6735cm30cm15cm55cm数据处理：（1）理论值计算：由公式：2101)(πλd w =得激光管口处腰束半径为：mm E w 2244.01415926.398.632*25.001==-=由2'2012'11''2)()1(d fW f dd f f λπ+---=得mm E 55.53)4328.6*502244.0*()506501(6505050d 2222=-+---=π 由公式：2'2012'120102)()1(fW f d W W λπ+-=得：mm E W 01726.0)50*4328.62244.0*()506501(2244.0222202=-+-=πP1=150-53.55mm=96.45mm)(479.110328.6/01726.0/42202mm W a =⨯⨯==-πλπ)(126.1)479.1/45.961(01726.0)/11()1(2/1222/12202mm a p W p W =+⨯=+=)(47.96)45.96/479.11(45.96)1/1(1)1(2222mm p a p p =+⨯=+=ρ)(0984.0)126.1/(55010328.6/42mm W P S =⨯⨯⨯==-ππλ ∆x 和∆y 计算:(这里d ξ=0.06mm)∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P1))＝0.06×(1 + 550/ 96.47)mm ＝0.4021（mm ） ∆y= d η (1 + p2 / ρ(P1))＝0mm （2）实验值计算：S1＝(Sx ＋Sy)/2=(8.55+7.95)/2=8.25 (像素) S2=(Sx ＋Sy)/2= (7.62+7.95)/2=7.78 (像素) S3=(Sx ＋Sy)/2= (7.59+7.51)/2=7.55 (像素) S4=(Sx ＋Sy)/2= (8.46+8.28)/2=8.37 (像素) S5=(Sx ＋Sy)/2= (7.77+8.35)/2=8.06 (像素) S6=(Sx ＋Sy)/2= (7.70+7.91)/2=7.80 (像素) S7=(Sx ＋Sy)/2= (7.74+7.87)/2=7.80 (像素) S8=(Sx ＋Sy)/2= (7.78+7.69)/2=7.74 (像素) 则S ＝0.014*(S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8)/8=0.014*(8.25+7.78+7.55+8.37+8.06+7.80+7.80+7.74)/8=0.1109mm则照在毛玻璃上激光光斑的平均半径为：mm E S P w 9990.01109.0*4328.6*5502=-==ππλ ∆x =0.014*(36+36+37+37+37+35)/6=0.5087mm 毛玻璃的平均实际位移量mm P P x d 076.047.96/55015087.0)(112=+=+∆=ρξ误差分析：1）试验中求得毛玻璃的平均实际位移量为0.076mm ，照在毛玻璃上的光斑半径理论值为0.0984mm ，而实际测得为0.1109mm 。

实验报告勾天杭 PB05210273题目：激光散斑测量目的：了解单光束散斑技术的基本概念，并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移。

原理：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。

氦氖激光器(本实验中用长250毫米的内腔式氦氖激光器， =632.8nm)的光束穿过各个元件的通光口径的中心。

光学元件有：双偏振器（用来调节光强），透镜（用来改变激光束的发散角），毛玻璃（用来产生散斑）。

接收器件采用CCD器件，由CCD器件采集的光强信息经过采集卡（插在计算机的插槽内）进行AD变换，由模拟信号变成数字信号，再显示在计算机屏幕上，此数字信号同时存入计算机软盘或硬盘上便于数据处理。

由于激光器的结构决定了激光输出为高斯光束，本实验所用的氦氖激光器输出为束腰在激光器出射孔处的高斯光束。

其束腰大小为：πλdW 01= （1） 它经过透镜后其高斯光束会发生变换，在透镜后方形成新的高斯光束。

2'2012'11''2)()1(d f W f d d f f λπ+---= 2'2012'120102)()1(f W f d W W λπ+-=(2)由（2）可以计算高斯光束经过透镜后的束腰位置d 2和大小w 02经过透镜后的高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小W 可以由计算氦氖激光器的高斯光束的传播特性得到：2/1220)/1()(a Z W Z W += （3）)/1()(22Z a Z Z +=ρ （4）其中λπ/20W a =这里Z=P 1，而P 1=透镜到毛玻璃的距离-d 2，W 0=W 02。

再由W P S πλ/2= (5)可以求得散斑的统计半径S 。

由 ∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P 1)) ∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1)) 可求出∆x 和∆y 1像素=14μm数据及处理：光路参数：P 1+d 2=15cm P 2=55cm d 1=70cm f ’=5cm d=250mm λ=632.8nm2'2012'11''2)()1(d fW f dd f f λπ+---=；πλd W 01=201W d πλ=''121221''12222010222222101120221d 15(1)()5701559.6159527339.61670 2.5155111f d f cm P d d f fcm cmP cm cm cm cm cm cm cm cm d W W d d W d f f f f W da d d f f λππλπλ-=-=--+-=-+=≈⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+-+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎝⎭⎝22222221121 2.50.01447770 2.51550.014477()19.61619.6169.616cmcmcm cm cm cm a cm P P cm cm cm P ρ==⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+=⨯+≈ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭619.747746ii SS ===∑像素=136.46838μm照在毛玻璃上激光光斑的平均半径2=632.8nm 55cm 3.14134.46838824.29P w m m Sλμμπ=⨯÷÷= m d d i iμξξ422.3167.30661===∑=像素毛玻璃的平均实际位移量 m cmcm mP P d x μμρξ85.62616.9/5513.422)(112=+=+=∆本实验中，调整光路是最关键的一步。

激光散斑的测量目录实验目的实验原理实验器材数据处理实验总结原始数据实验目的（回目录）●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的数据处理方法。

实验原理（回目录）●激光散斑是由无规散射体（实验中为毛玻璃）被相干光照射产生的。

散斑场按光路分为两种，一种是在自由空间中传播而形成的客观散斑（本实验研究的情况），另一种是由透镜成象形成的主观散斑。

散斑的大小、位移及运动变化可以反映光路中物体及传播介质的变化。

●实验中用的是激光高斯光束，其传播时光场的等振幅线在沿光路方向为双曲线。

光斑最细的位置为束腰。

激光经过凸透镜时其偏角会变化，产生新的束腰。

毛玻璃离透镜的距离改变时，照在其上的光斑半径也随之改变。

实验是通过用计算机测量散斑的变化来算出光路中毛玻璃的移动情况。

●激光散斑光强分布的规律由相关函数来描述。

自相关函数为：G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ(x2,y2) 〉归一化后为：其中： 互相关函数为： GC （x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ’(x2,y2) 〉实验器材（回目录）● 氦氖激光器，双偏振片，全反射镜，透镜 ，毛玻璃，CCD ，计算机222(,)1exp[()]x y g x y S∆+∆∆∆=+-WP S πλ/2=数据处理（回目录） 1. 理论值的计算01W 0.2244mm===53.55mm=mm20.098423.14159265 1.126S mm mm W π===⨯ 2550(1 )0.03(1 )0.2010()96.47P x d mm mm Z ξρ∆=+=⨯+= 2P y=d (1+)=0mm (Z)ηρ∆2.实际值的计算0.03误差较大，可能是因为实验中移动毛玻璃三小格操作误差较大。

实验总结（回目录）实验所用的计算Sx与Sy的程序相应较为缓慢（不排除硬件性能低原因），实验中经常出现“溢出”情况而非正常关闭。

另外，显示结果时只在一页显示而无翻页功能导致对若干r进行运算后便要清屏重新开始。

激光散斑测量物体表面粗糙度的研究
激光散斑测量物体表面粗糙度是一种常见的非接触式测量方法，它利用激光经过物体表面反射后形成的散斑图案来反映物体表面的粗糙度。

通过分析散斑的形态和强度分布，可以获得物体表面的粗糙度信息。

激光散斑测量一般包括以下几个步骤：
1. 激光照射：将激光束照射到待测物体表面。

激光的波长和功率通常需要根据待测物体的特性来选择。

2. 散斑图案获取：激光束经过物体表面反射后，形成散斑图案。

通过合适的光学设备（如衍射光栅、透镜等）将散斑图案投射到像面上，然后采用相机等图像捕获设备来获取散斑图像。

3. 图像处理：对获取到的散斑图像进行处理，例如去除背景噪声、提取散斑图案等。

常用的处理方法包括傅里叶变换、滤波等。

4. 特征提取：通过分析散斑图案的形态和强度分布，提取与物体表面粗糙度相关的特征参数，例如散斑尺度、形状等。

5. 数据分析：根据特征参数，利用合适的粗糙度评估方法（如均方根粗糙度、自相关函数等），对物体表面的粗糙度进行评估和分析。

激光散斑测量方法具有非接触、快速、高精度等特点，广泛应
用于粗糙度测量、表面质量控制等领域。

在工业制造、材料研究、纳米技术等领域都有重要的应用价值。

引言散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，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，因此是值得在教学实验中推广的一个实验。

本实验的目的是让学生初步了解激光散斑的特性，学习有关散斑光强分布和散射体表面位移的实时测量方法：相关函数法，通过本实验还可以了解激光光束的基本特点以及 CCD 光电数据采集系统。

这些都是当代科研和教育技术中很有用的基本技术和知识。

实验原理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）。

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1光散斑的产生（图中为透射式，也可以是反射式的情形）图1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。

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。