电子散斑干涉载频调制形貌测量技术分析

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2、的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权堂撞可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)导师签字：≥扩彳签字日期：2008年钥f日承旃日∥仅f名矿签：利年作啦文加论：位期学日字签山东师范大学硕士学位论文第一章绪论散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，相干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(LaserSpeckle

3、s)。从统计学上讲，散斑是相干光从粗糙表面反射或通过折射率无规涨落的介质传播时产生的无规强度的分布情况⋯正31。随着20世纪60年代激光器的发明和使用，由于激光的高度相干性，激光散斑现象就更加明显。目前，散斑技术的应用早已超越了近代光学的范畴，在医学、力学、天文学、材料、建筑、水利、机械工程以及化工等许多学科得到了应用，而散斑计量技术更是散斑技术中最活跃的领域。1．1激光散斑现象及其相关基本概念1．1．1激光散斑的概念众所周知，激光是当代相干性最好的光束，当其照射物体漫反射表面时，根据光束传播的惠

4、更斯一菲涅尔原理，漫射表面好像呈现出无数微小的点光源。由这些点光源所发射的相干子波光束在空间彼此相干。若相干光束的位相差满足相长干涉的条件，则在空间形成亮斑。若相位差满足相消干涉的条件，则在空间形成暗斑。其它情况下斑的强度介于亮斑和暗斑之间。由于漫射相干子波光束之间的位相差是随机分布的，因而这些相干子波光束在空间形成了无数随机分布的亮斑和暗斑，称之为散斑。散斑效应仅仅存在于漫射表面呈光学粗糙的情况，也就是漫射表面的不平度大于或等于照明光束的波长量级。在自然界中类似的散斑现象大量存在着。例如，天文学

5、中把天空随机分布的星斗看作散斑，生物学中把细菌的杂乱无章的运动看作散斑。空间随机分布的散斑被称为客观散斑。当用透镜对被照明的表面成像，在透镜的后面，也将是随机分布的散斑，这称为主观散斑。这种随机分布的散斑结构，称为散斑场。散斑干涉计量就是将物体表面前方空间的散斑场记录下来，当物体运动或由于受力而变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定的规律运动。因此能出寒蟛笾天学{羲圭学僚论文利用记录在底片上的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。该技术具有非接触测量、光路蒿单、实验环境要求眈较低、测量精度高等

6、特点，从两成为越来越受欢迎的光学测量技术之一。．1．_1．2激光散斑的成因及其类型一般地说，电磁波以至粒子柬经受介质的无规散射后，其散射场常会呈现确定分布的斑纹结构，这就是所谓的散斑。本文所要研究的散斑是由激光通过粗糙表面教射形成的，并且激光光源具有良好的相干性，而工作环境是不变的，随机场的分布在时域上是稳定的，只是空间坐标的涵数，只在某些必要的条件下特别指明时，才涉及到随时间变化的光场的随机特性。从可见光波长这个尺度看，～般物体表面都缀组糙，这样的表面可以看作是由无规分布的大量面元构成【1’41

7、。当相干光照明这样的表面时，每个面元就相当于一个衍射单元，而整个表面则相当于大量衍射单元构成的“位相光栅"。对比较粗糙的表面来说，不同衍射单元给入射光孳

8、入的附加位裰之差可达2嚣的若于倍。经由表面上不同面元透射或反射的光振动在空间相遇时将发生干涉。由于诸面元无规分布而且数量很大，随着观察点的改变，干涉效果将急剧而无规地变化，双面形成具有无蔽分布的颗粒状结构的衍射图样。以上是在光场通过自由空闻传播条件下对散斑成因的说明。如果物体表面通过光学系统成像，只要成像系统的点扩散函数具有足够的“宽度’’，折算

9、到物平面后能在物体表面覆盖足够多的面元，则来鸯这些面凭的光线将在阕一像点处相干叠拥，从褥形成散斑。由散斑的成因可知，物体表面的性质与照明光场的相干性对散斑观象有着决定性的影响。物体表面的性质不同，或照明光场的相干性不同，都会使散斑具有不同的特点。嚣此，根据两个匿素可以区分敖斑的不同类型。此外，人们还常常按照光场的传播方式，把散斑分成远场散斑(与夫琅和费衍射对应)、近场散斑(与菲涅耳衍射对应)和像面散斑三种类型，这种分类方式在理论研究和应用研究中也都是有意义的。也可按照观察条件而将敖