下载文档原格式
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。
数据处理：1、理论值激光波长λ = 0.0006328mm 常数π = 3.14159265 CCD 像素大小=0.014mm激光器内氦氖激光管的长度d=250mm 会聚透镜的焦距f=50mm激光出射口到透镜距离d 1=700mm 透镜到毛玻璃距离=d 2+P 1=154mm 毛玻璃到CCD 探测阵列面P 2=513mm毛玻璃垂直光路位移量d ξ 和d η， d ξ=4小格=0.04mm ，d η=0 P 1=154mm-53.55mm=100.45mm 其束腰大小为 mm mm 2244.03.141592652500006328.0d W 01=⨯==πλ束腰位置mm ffd d f f55.53)0006328.0502244.0()506501(6505050)W ()1(d 2222'2012'11''2=⨯⨯+---=+---=πλπ束腰大小mm fW fd W W 0173.0)500006328.02244.0()506501(2244.0)()1(22222'2012'120102=⨯⨯+-=+-=πλπmm mm W a 4858.10006328.00173.0220=⨯==πλπ光斑大小mm mm aP W P W 1697.14858.145.10010173.0)1()(21222122101=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=+=mm mm P aP P 4636.100)45.1001697.11(45.100)1()(2221211=+⨯=+=ρ散斑的统计半径20.00063285130.09760.0976像素 6.976像素1.16970.014P S mm mm Wλππ⨯=====⨯()像素4.172442.04636.100513104.0112==⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆mm mm P P d x ρξ()像素01y 12=⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∆P P d ρη 2、实验数据处理图一 实验装置图表一 实验数据照在毛玻璃上激光光斑的平均半径，毛玻璃的平均实际位移量的计算S 1=(Sx ＋Sy)/2=(6.5640+7.1428)/2=6.8534 (象素) S 2=(Sx ＋Sy)/2=(6.6581+7.2277)/2=6.9429 (象素) S 3=(Sx ＋Sy)/2= (6.6936+8.0257)/2=7.35965 (象素) S ’=(S 1+S 2+S 3)/3= (6.8534+6.9429 +7.35965)/3 =7.05185（像素）()()())像素(06.01232221=-'-+'-+'-=n S S S S S Ss σ68.0),像素(08.032.1u a ==⨯=P s σa b u u <<()7.050.08像素，P 0.68S =±=误差7.05 6.976100%100% 1.06%6.976s s s d s'--=⨯=⨯=毛玻璃的平均实际位移量∆x ’ = (15+19+15+16+16+16+17)/7=16(像素))像素(.73=s σ68.0),像素(532.1u a ==⨯=P s σa b u u <<()x 165像素，P 0.68∆=±=误差1617.4100%100%8.04%17.4x x xd x∆'∆-∆-=⨯=⨯=∆思考题：1、根据什么选择激光散斑测量的光路参数（P 1和P 2）？答：透镜的焦距，散斑大小和 CCD 像元大小的关 系 ，选择恰当的P 1P 2使得散斑的大小适中，图像中散斑数量适中。
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。
激光散斑干涉实验激光散斑干涉实验摘要: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。
关键词:激光散斑;位移测量;数字图像处理一、引言激光自散射体的粗糙表面漫反射或通过透明散射体（毛玻璃等）时，在散射表面或附近的光场中会形成无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。
激光散斑在全息图上是一种有害的背景噪声，但由于散斑携带了光束和光束所通过物体的光学信息，于是产生了广泛的应用。
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；用散斑进行光学信息处理，甚至利用散斑验光等等。
但应用领域最广的是散斑干涉测量技术。
散斑干涉技术在机械工程方面可以用于测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布，在天文学方面可以测量大气的扰动和温度场分布，在医学、力学和光处理等领域也有广泛的影响。
二、实验2.1实验测试系统散斑干涉测量离面位移光路图如下图所示2.2实验原理（1）激光散斑当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。
由于激光的高度相干性，表面散射光在空间中随机相干叠加后会形成一些亮暗分明的区域，且呈现无规则分布，按照在散射面有无透镜，可以将散斑场划分为主观散斑和客观散斑，由于透镜的使用，主观散斑又被称为成像散斑。
（2）利用散斑干涉术测量面内位移散斑干涉计量就是将物体表面空间的散斑记录下来，当物体运动或由于受力而产生变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定规律运动。
因此能利用记录的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。
当测量物体在面内发生位移时，通常在被测物体位移前，将散斑记录下来，然后使物体垂直于光轴发生一微小面内位移d，再次记录。
激光散斑实验报告激光散斑实验报告引言：激光散斑实验是一种常见的物理实验，通过激光光束通过光学系统后在屏幕上出现的散斑图案，可以帮助我们了解光的干涉和衍射现象。
本实验旨在通过观察和分析散斑图案，探索光的波动性质以及光学现象。
一、实验目的本实验的目的是通过观察激光散斑图案，了解光的干涉和衍射现象，以及利用散斑图案进行光学测量。
二、实验材料和仪器1. 激光器：用于产生高强度、单色、相干的激光光束。
2. 光学系统：包括凸透镜、平行光管、狭缝等，用于调节和控制激光光束的传播。
3. 屏幕：用于观察和记录散斑图案。
三、实验原理1. 光的干涉现象：当两束相干光叠加时，会产生干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种形式。
激光散斑实验中的干涉现象主要是构造干涉，即光波的相位差导致光强的增强或减弱。
2. 光的衍射现象：当光通过狭缝或物体边缘时，会产生衍射现象。
衍射导致光波的传播方向改变，形成散斑图案。
四、实验步骤1. 将激光器放置在适当位置，调整光路，使激光光束通过光学系统。
2. 调节凸透镜和平行光管，使激光光束呈平行光束。
3. 在光路上设置狭缝，控制光的传播范围。
4. 将屏幕放置在适当位置，观察和记录散斑图案。
五、实验结果与分析通过实验观察和记录，可以得到不同形状和大小的散斑图案。
散斑图案的特点是中央亮斑周围环绕着一系列暗斑和亮斑。
这种图案的形成是由于激光光束经过光学系统后，光波的相位差和衍射现象导致的。
散斑图案的大小和形状与光学系统的参数有关。
如果调节凸透镜的焦距或改变狭缝的大小，可以观察到散斑图案的变化。
通过对散斑图案的分析，可以计算出光的波长、光学系统的参数等。
六、实验应用1. 光学测量：利用散斑图案进行光学测量是激光散斑实验的重要应用之一。
通过测量散斑的尺寸和形状，可以计算出被测物体的尺寸、形状等信息。
2. 光学显微镜：激光散斑实验的原理也可以应用于光学显微镜中。
通过在显微镜中加入特定的光学系统，可以观察到更加清晰的显微图像。
激光散斑实验 4＋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. 2. 激光散斑光强分布的相关函数的概念 （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(x 1,y 1)，Ｉ(x 2,y 2)，我们定义光强分布的自相关函数为：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉 (1) 其中Ｉ(x 1,y 1)表示观察面上任一点Q 1的光强，S 与激光高斯光斑半径W （在毛玻璃上的光斑）的关系式为2/S P W l p =(2)两个散斑场光强分布的互相关函数： G C （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉 复相干系数两个散斑场的互相关函数为：21212222(1/())(1/())(,){1exp{[]}exp{[]}C y d P P x d P P G x y I SSh x r r D ++D ++D D =<>+--归一化的互相关函数是以1为底的峰值位置在：2121(1/()),(1/())x d P P y d P P x h r r D =-+D =-+ 的两维高斯分布函数。
理论计算： （1） S222(,)()/1exp[()/]g x y G x I x y S D D =D <>=+-D +DW01√W02=0.017mm2 0/a Wp l==1.435mmP1=170-53.55=116.45mm W= W2/S P Wl p==0.0006328*530/3.14159/1.37=0.0779mm=5.57ccd像素√实验数据(1)自相关（2）互相关（3）仪器相关参数5、6相距53cm P2=530mm4、5相距17cm d2+P1=170mm3、4相距30cm实验装置 1.氦氖激光器, 2..全反射镜, 3.双偏振片,4.透镜,5.毛玻璃, D, 7.计算机2、3相距35cm d 1=650mm 数据处理（1） 求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径 2P w Sl p =S=6611()/12Sx Sy +邋=7.675ccd 像素2P w S l p ==0.0006328mm 530mm3.141597.6750.014mm´创=0.9935mm √ （2） 求出毛玻璃的平均实际位移量 211()xd P P x r D =+x D = (14+13+13+15+15)/5=14ccd 像素=0.196mm W 02''12222011''d (1)()f d f W d f f p l -=--+=53.55mm P 1=170-53.55=116.45mm22111()(1/)p p a p r =+=116.47mm211()x d P P x r D =+=0.1961530/116.47mm +=0.035mm √理论值与实验值比较？。
激光散斑技术在物理实验中的应用与分析方法引言激光散斑技术是一种常用于物理实验中的非常重要的技术。
它利用光的波动性和散射现象，能够提供有关物体特性和光学元件的信息。
本文将介绍激光散斑技术在物理实验中的应用以及相应的分析方法。
1. 激光散斑技术的基本原理激光散斑技术基于激光器发出的高度相干光束。
当这束激光照射到不规则表面或透明介质上时，由于反射、折射和散射的作用，光束会发生衍射，形成一个散斑图样。
这个散斑图样包含了被照射物体或介质的信息。
通过对散斑图样的分析，我们可以得到物体或介质的一些特性参数，如粗糙度、厚度、折射率等。
2. 激光散斑技术在物体表面粗糙度测量中的应用物体表面的粗糙度是一个重要的物理特性，它影响着光学元件的性能。
通过激光散斑技术，我们可以测量物体表面的粗糙度。
具体的方法是将激光照射到被测物体上，然后测量散斑图样的强度分布，并根据散斑图样的特征参数计算出物体的粗糙度。
3. 激光散斑技术在透明介质折射率测量中的应用透明介质的折射率是另一个重要的物理特性。
通过激光散斑技术，我们可以测量透明介质的折射率。
实验中，将激光照入介质中，利用散射的现象，在空气-介质界面上形成一个散斑图样。
通过测量散斑图样的位置偏移量，可以得到介质的折射率。
这种方法非常适用于透明介质的折射率测量，如玻璃、水等。
4. 激光散斑技术分析方法的研究进展在激光散斑技术的应用中，对于散斑图样的分析方法的研究也十分重要。
目前，有许多计算和数学模型可以用来分析散斑图样。
例如，加布-凯曼（Gabor-Kármán）理论可以用来计算散斑的强度分布；菲涅尔（Fresnel）近似可以用来模拟散斑图样的特征参数。
此外，一些自适应的信号处理方法，如小波变换和模糊逻辑系统，也可以应用到散斑图样的分析中，提高测量精度。
5. 结论激光散斑技术在物理实验中具有广泛的应用。
通过激光照射物体或介质，我们可以获取它们的重要物理特性参数，如粗糙度和折射率。
