激光散斑干涉测微原理与应用

激光干涉仪的原理和应用1. 引言激光干涉仪是一种利用激光的干涉现象测量物体形状、表面粗糙度等参数的高精度仪器。

本文将介绍激光干涉仪的原理和应用，并深入探讨其工作原理和常见的应用领域。

2. 原理激光干涉仪的原理基于激光的干涉现象。

当两束光波相遇时，若其光程差为整数倍的波长，两束光波会发生干涉。

激光干涉仪利用这个原理，通过测量干涉条纹的位置和形态来进行各种参数的测量。

3. 工作原理激光干涉仪的工作原理可以分为两个步骤：光路干涉和信号处理。

3.1 光路干涉激光干涉仪的光路干涉部分包含分束器、反射镜和待测物体。

激光通过分束器被分为两束光，一束经过反射镜反射后再次汇聚，另一束直接照射到待测物体上。

两束光再次汇聚形成干涉条纹，这些条纹可以用来测量待测物体的形状和表面特性。

3.2 信号处理激光干涉仪的信号处理部分主要包括光电探测器和信号分析处理装置。

光电探测器负责将干涉条纹转换为电信号，信号分析处理装置则对这些电信号进行处理和分析，提取出有用的信息。

4. 应用激光干涉仪具有高精度、非接触、快速测量等特点，在各个领域都有着广泛的应用。

4.1 表面形状测量激光干涉仪可以通过测量干涉条纹的位置和形态来获取物体的表面形状信息。

例如，在机械制造中，可以利用激光干涉仪来检测零件的平整度、平行度等参数；在地质勘探中，可以用激光干涉仪来测量地表起伏、地壳变形等。

4.2 表面粗糙度测量激光干涉仪还可以用于表面粗糙度的测量。

通过测量干涉条纹的密度和间距，可以确定物体表面的粗糙度。

这在材料科学、电子工程等领域都有着重要的应用。

4.3 精密测量激光干涉仪的高精度使得其在精密测量领域有着广泛应用。

例如，在光学制造过程中，可以利用激光干涉仪来测量光学元件的表面形状，保证其质量和精度；在纳米技术中，激光干涉仪可以用于测量微小尺寸的构造。

4.4 光学与激光实验研究在光学与激光实验研究中，激光干涉仪也扮演着重要角色。

利用激光干涉仪，可以研究光的干涉、衍射等现象，对光学原理进行深入理解。

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。

实验报告 4＋04级11系 姓名：付艳艳 学号：PB04210268 日期：06.03.17实验题目：激光散斑测量实验目的：了解激光散斑的原理及应用，掌握散斑的测量方法以及相关的一些函数关系，性质。

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（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。

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。

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。

可以知道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 =。

S 的意义即代表散斑的平均半径。

这是一个以1为底的高斯分布函数。

以下为两个散斑场的互相关函数：实验器材：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.计算机实验预习数据演算： 光路参数：d1=650mmr 1()P =96.169mm P2=550mm P1=96.45mm激光波长λ = 0.0006328mm2121222(1/())(1/())(,)1exp{[}exp{[}C y d P P x d P P g x y SS h x r r D ++D ++D D =+--常数π = 3.14159265CCD 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=650mm毛玻璃垂直光路位移量d ξ 和d η， d ξ=3小格=0.03mm ，d η=0 d=250mm λ=632.8nm演算过程如下：l p =?2/0.0006328mm 250mm/3.14159265=0.0503566mm d01W ==0.2244mm √ ''12222011''d (1)()f d f W d f f p l -=--+ p l p -=--+-=--+?''12222101''2201d (1)()5065050(1650/50)(/0.000632850)f d f d W f f WP1=150-53.55=96.45mm02W ==0.04096mm20/a W p l =\=?=23.141592650.04096/0.00063288.329a mmr \=+=221()96.45(18.329/96.45)97.169p mm2/S P W l p =221/20()(1/)W Z W Z a =+p \=?221/2010.0006328550/(1/)s mm mm W p a=0.2327mm √转换为像素，结果为：16.62r D =?2d (1 + p /(P1))=0.03mm(1+550/97.169)=0.1998mm x转换为像素，结果为:14.27√∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1))=0实验数据及数据处理a) 求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径 2w Sp = 计算得：0.476mm 即为34像素√ b) 求出毛玻璃的平均实际位移量 211()xd P P x r D =+计算得：0.0299989mm √理论值与实验值比较？。

激光散斑及应用激光散斑是激光束经过传播介质产生的一种光强分布模式。

由于激光是相干光，因此具有高度的方向性和单色性。

然而，在经过传播介质后，激光光束会受到介质中的不均匀性引起的散射效应，使得激光束的光强分布变得非均匀，这就形成了激光散斑。

激光散斑分析一直是激光技术研究和应用中的重要内容之一。

激光散斑的特性可以提供很多信息，对于评估激光器的功率、方向性、相位失配等有着重要的意义。

此外，激光散斑的形态和光强分布也与传播介质的性质密切相关，因此可以通过分析激光散斑来研究和评估介质的质量、形态、变形等。

激光散斑可以通过很多方法进行观察和分析。

最简单的方法是使用肉眼直接观察，通过观察激光散斑的形态、大小、亮暗程度等，可以大致评估激光束的质量。

然而，肉眼观察存在主观性和定性分析的缺点，因此更常用的方法是使用激光散斑分析仪器。

激光散斑分析仪器可以用于定量测量散斑的强度分布、尺寸、形态、相位等参数，并且能够将这些参数与理论模型进行比较和分析，从而得到更准确和客观的评估结果。

激光散斑的应用非常广泛。

一方面，激光散斑的分析可以用于评估激光器的性能和质量。

例如，通过分析激光散斑的大小和形态，可以判断激光器的束径和准直性是否达到要求；通过分析散斑的亮暗程度，可以评估激光器的均匀性和功率稳定性等。

这对于激光器的研发、制造和使用都具有重要的意义。

另一方面，激光散斑的特性也可以用于其他领域的研究和应用。

例如，激光散斑分析可以用于研究传播介质的性质和变形。

通过观察散斑的形态和变化，可以揭示介质的内部结构和形态的变化，例如液滴的蒸发、气泡的形成等。

此外，激光散斑还可以用于光学成像和光学信息处理等领域。

通过激光散斑的干涉和衍射效应，可以实现光场的调制、变换和合成，从而实现一些高级的光学功能。

总之，激光散斑是激光技术中的重要内容之一。

通过对激光散斑的观察和分析，可以评估激光器的质量和性能，研究介质的性质和变形，以及实现光学信息处理和成像等功能。

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。

激光散斑照相实验1.激光散斑照相简介及用途当相干光照射粗糙表面时，漫散射光在物体表面前方相遇而产生干涉。

有些地方光强加强，有些地方光强减弱，从而形成大小、形状、光强都随机分布的立体斑点，称之为散斑。

这种随机分布的散斑结构称散斑场。

散斑法具有光学测量方法的共同优点：非接触式测量，可以遥感，得出结果可直观显示，并可给出全场情况。

它的测量灵敏度一般是以微米级为量度单位的，且在一定范围内可以调节。

此外，它的实验设备简单，试验的防震要求较低，环境气流影响不大，数据处理简便。

目前散班法已成为固体力学实验应力分析的重要手段之一，应用于断裂力学，塑性变形，瞬态变形，各向异性材料，生物力学，无损检验等领域，并开始应用于解决工程实际问题。

2.实验目的1.了解激光散斑的产生, 散斑干涉计量的特点, 用途;2.了解散斑图的记录及位移信息的提取方法----逐点分析法和全场分析法;3. 基本原理1.散斑的形成当相干光照射粗糙表面时，漫散射光在物体表面前方相遇而产生干涉。

有些地方光强加强，有些地方光强减弱，从而形成大小、形状、光强都随机分布的立体斑点，称之为散斑。

这种随机分布的散斑结构称散斑场。

散斑在某些场合，被看作是“噪声”，人们要想法来消除它。

但是，另一方面它也得到广泛的应用，如表面粗糙度的测量，像处理中的应用，干涉计量中的应用等。

散斑充满漫射光经过的空间，散斑场里的散斑分布是随机的，但是散斑场与形成散斑场的漫射面是一一对应的，称为自相关。

散斑干涉计量就是基于这种自相关性, 比较物体变形前后散斑的变化，从而测得物体各部分的位移或应变。

一般金属试件只要擦亮表面，对于无法磨亮或不够亮的试件，涂上增加漫射的物质，如白漆、银粉漆、玻璃微珠，对于透明试件将其表面略打毛，这些经处理后的表面在激光照射下，就能形成非定域的散斑场。

散斑法具有光学测量方法的共同优点：非接触式测量，可以遥感，得出 结果可直观显示，并可给出全场情况。

它的测量灵敏度一般是以微米级为量度单位的，且在一定范围内可以调节。

【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。

激光散斑干涉电子测量技术摘要：激光散斑干涉测量就是根据与物体变形有内在联系的散斑图, 将物体表面位移或变形测量出来。

介绍了激光散斑干涉技术的物理学基础、检测方法及其应用。

说明它是一种非常便捷、先进、并具有发展潜力的光测技术。

1. 引言用相干激光照射表面粗糙的物体, 按照惠更斯的原理, 在物体表面散射的光, 尤如无数新的点光源发出相干子波, 它们相互之间将产生相长或相消干涉。

在物体表面的前方空间出现无数随机分布的亮点与暗点, 形成一幅很复杂的散斑图。

人们发现, 散斑的尺寸和形状, 与物体表面的结构、观察位置、光源和光源到记录装置之间的光程等因素有关。

当物体表面位移或变形时, 其散斑图也随之发生变化, 物体散斑虽为随机分布。

但物体变形前、后散斑有一定规律, 且常有物体表面位移或变形的信息。

散斑干涉计量就是根据与物体变形有内在联系的散斑图, 将物体表面位移或变形测量出来。

2. 散斑干涉实验装置及原理散斑干涉实验原理示意图如图2-1所示，它将激光经过分光镜B 分出的两束激光经扩束后照射到另一块反射镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。

图2-1 散斑干涉实验原理示意图如 物光的光强分布为：)(exp )()(r r u r U o o o Φ= (1) 其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。

参考光的光强分布为：)(exp )()(r r u r U R R R Φ= (2)物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为：)cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3)当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ∆-，即[])()(exp )('r r r u U o o O φφ∆-=(4)其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。

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。