项目结题总结.docx

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1、项目编号：（华东）国家大学生创新创业训练计划结题总结项目名称：基于相移数字全息的空间光场测量项目级别：校级负责人：龚静思所在院部：理学院专业班级：光信息1201指导教师：徐先锋教务处制目录第1章引言.........................................................4第2章测量原理....................................................42.1温度与折射率关系................................

2、........52.2折射率与相位变化........................................52.3相位的测量...............................................6第3章温度场测量实验.............................................8第4章实验结果分析................................................9第5章结论与讨论.....................

3、.............................11参考文献............................................................12基于相移数字全息干涉术的空间温度场测量摘要利用相移数字全息干涉技术的高精度和非接触测量的优点设计了通过空气折射率变化测量空间的温度场分布的方法。已有研究表明空气场中温度影响气体的密度从而影响空气媒质的折射率。相移数字干涉术能够精确监测媒质中折射率分布的微小变化，进而转化成对空间温度分布的测量。通过相移数字全息干涉分别测量没有

4、加热和加热到一定温度时的前后光程差的差值，得到空间横向的折射率分布，使用空气中折射率与温度的换算关系，获得空间温度场的分布。用实验测量了加热到234摄氏度的金属烙铁周围的空气场的温度分布，得到了加热烙铁周围的温度场分布。关键词：相移干涉术；温度场；折射率；数字全息干涉术第1章引言在日常生活和工农业生产中，常常需要测量被加热物体表面的温度和其周围空间的温度分布。光学干涉测量技术可以提供位相物体和热物体周围满场的温度数据且该技术非接触、无损害。现今有大量光学干涉测量技术，例如传统干涉测量技术，全息干涉测量技术，散斑成像

5、技术，剪切干涉技术，莫尔偏折法，散斑剪切干涉测量法，Talbot干涉以及Lau相位干涉技术。最近，数字全息干涉测量技术被研究用于测量温度及气体火焰及热物体的温度场分布。这是因为在相移数字全息技术（PSI）中相位测量的精确性非常高。在PSI技术中，单个物体波前的振幅和相位都可通过单张数字全息图利用数值方法定量再现。在PSI技术中，可通过对单个物体在不同层面上的波前再现的相位进行相减直接获得干涉相位，无需生成相移图。因此，PSI提供了另外一种实验可行的方式计算干涉相位。这也使得测量更灵活，使测量过程更快速；归功于此，可

6、以实现实时的测量。温度场测量实验结果。第2章测量原理2.1温度与折射率关系图1折射率与温度的关系曲线（1）式中a=0.00368°c-1从图1的关系曲线和公式（1）的表达式可以看出，温度与空气折射率在200摄氏度以下接近反比例函数分布。由式（1）可以求出温度随折射率的分布：t=n0-nan-1=∆nan-1(2)2.2折射率与相位变化根据相位φ与折射率的关系j（x,y）=△n(x,y)2p/λ(3)有△n(x,y)=j（x,y）λ/(2p)(4)将（4）式带入（2）式，可得t=j（x,y）λ/[(2pa)(n-1)

7、](5)显然，由（1）式能求出40°C时的折射率n，再把由干涉图求出的物光相位j（x,y）带入（4）式，就得到了温度场在于CCD记录面平行的平面上的分布。改变光束或烙铁放置的方向，可以获得另一方向面的温度场分布，多次操作后，最后得到三维立体温度场分布。2.3相位的测量通过遮住和放开物光参考光，可以记录物光（文件名ob）、参考光（文件名re）、干涉图（文件名01、02）的强度分布。将记录面上物光波前记为，(6)Ao(x,y)和φ(x,y)分别是记录面上物光的实数振幅和相位。参考光取振幅为常数Ar的平面波，(7)其中δ

8、为参考光相对于某一参考值的相位，对轴向平面参考光来说为一实常数。物光和参考光在记录面上发生干涉后，其干涉强度分布为，(8)这里“*”表示复共轭。利用(2)和(3)式可将(4)式整理成另一种形式,(9)此强度分布称为干涉图。改变平面参考光相位δ，可以得到若干幅干涉图。假设第j次曝光时参考光相位为δj，相应的干涉图强度为，j=1,2,…K.(10)其中，K为总曝