激光散斑实验PPT

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1、激光散斑Laserspeckles三级物理实验内容简介引言激光散斑现象与其特点激光散斑的应用散斑测量实验的内容数据处理的方法和结论激光散斑概念激光散斑（Laserspeckles)概念：当一束光照射到具有漫反射特性的粗糙表面上时，在反射光的空间中用观察屏去接受光总可以看到一些斑点，这就是激光散斑现象激光散斑的特性经透镜成像形成的散斑为主观散斑在自由空间传播形成的散斑是客观散斑散斑的大小、位移及运动是有规律的，它可以反映激光照明区域内物体及传播介质的物理性质和动态变化。随机过程，统计方法研究散斑的强度分布、对比度和大小分布等激光散斑应用激光散斑测量技术具有光路

2、简单、成本低以及调试操作方便等优点力学、建筑工程和机械设计方面的应用：利用散斑位移和散斑干涉图测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布2.在工业生产中的应用：利用对激光散斑的动态测量法测量生产线上工件及产品的移动速度3.在燃烧学和热物理中的应用：利用激光散斑照相技术测量火焰的结构和温度场的温度分布4.在医学研究中的应用：非侵入的测量皮肤下的微循环的速度。测量心脏的心动图。利用主观散斑的运动规律对人眼进行主观验光5.天文学测量中的应用：利用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动的影响获得高分辨率的图像6.利用散斑进行光学图像处理：例如图像相减等激光的产生激光的产生，

3、必须有激光器，而激光器必须具备三个主要的组成部分。1．激活物质即被激励后能发生粒子数反转的工作物质，也称做激光工作物质。诸如氖、氩、CO2、红宝石及钕玻璃等。必须具备有亚稳态能级性质的物质。2．激励装置能使激活介质发生粒子数反转分布的能源，既称为激励装置。如各种激光器所具备的电源。3．光学谐振腔能使光子在其中重复振荡并多次被放大的一种由硬质玻璃制成的谐振腔。产生激光的过程可归纳为：激励→激活介质（即工作物质）粒子数反转；被激励后的工作物质中偶然发出的自发辐射→其它粒子的受激辐射→光子放大→光子振荡及光子放大→激光产生。高斯光束的形成以实验室常用的氦氖激光器为

4、例说明：波长为632.8nm（3.39m、1.15m）激光器出射的高斯光束d=250mm，=0.0006328mm，w0=0.2244mmd2W0高斯光束的复振幅表达式0.135I0I0IW0高斯光束的传播公式高斯光束过程中光束轮廓为绕Z轴旋转的双曲面高斯光束特性图解准直距离z0=2w02/=499.99mmw0=0.2244mmzR(z)为在z处波面曲率半径高斯光束经透镜后的变换d1d22W012W02电荷耦合器—CCDCCD是Charge-coupleddevices的缩写CCD的空间分辨率与每个象元的尺寸和间距以及传输过程有关，本实验中大约为

5、14微米。暗电流（主要由热产生）很高的光电灵敏度，（CCD器件必须避免强光照射。同学们在每次采样完毕后应及时合上光窗或挡住光）。光谱响应度4001050mA/W波长/nm实验目的单光束散斑技术测量散斑的统计半径（通过计算散斑场各点光强的自相关函数并拟合求出）测量散斑的位移（通过计算两个散斑场各点光强的互相关函数并拟合求出）由以上两式求出照在毛玻璃上光斑的大小以及透镜的焦点的大小，毛玻璃的实际位移量等。实验仪器He-Ne激光器（632.8nm）实验平台及其光学附件（偏振器、全反射镜、凸透镜、毛玻璃）CCD、计算机直尺毛玻璃CCDP2P1O2O1O02W02W1

6、X2X1激光散斑的实验原理图散斑统计半径理论公式：散斑平移量△X与毛玻璃的平移量d0之间的关系式：实验中的光路参数d1d2P1P22w2w022w01CCDHe-NeHe-Ne激光器632.8nm偏振器全反射镜凸透镜L毛玻璃CCD计算机P2P1d2激光散斑的实验装置图CCD像元尺寸为256x256像元（1像元=14微米）d1毛玻璃横向移动实验中采集的散斑图自相关函数---单个散斑图的统计特性UkU振幅矢量：光场的复振幅：光强值：理论公式：（x2,y2)（x1,y1)光强分布的自相关函数定义：单个散斑的自相关函数为：其中：复相干系数实验公式：散斑的统计半径：自

7、相关函数的高斯分布图互相关函数---两个散斑图的相互关系I(x1,y1)I'(x2,y2)毛玻璃横向移动微小平移量d0光强分布的互相关函数定义为：归一化的理论公式复互相干系数毛玻璃的面内位移：互相关函数的高斯分布图实验步骤按图调好光路，在CCD前放白屏，分别移动白屏和毛玻璃，观察散斑大小变化，垂直光路移动毛玻璃观察散斑运动根据散斑现象的规律确定透镜的焦距把光路按图排好，插入双偏振片，打开CCD电源，打开计算机和图像采集程序，采集散斑图像，采集8副图。程序拟合计算，记录数据实验完成，整理实验仪器实验相关函数的计算利用CCD和计算机图像采集程序（10moons）

8、得到BMP格式的图像，调用程序把BMP图像文件转化为