激光散斑测量技术与应用研究

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1、激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，选题较为合理。请尽快确定课题完成方式，完善相关技术路线，开展课题调研论证工作。80激光散斑测量技术与应用研究1前言近些年来，激光散斑计量技术发展迅速，已在许多领域得到了广泛应用。迄今为止，散斑测量技术经历了两个发展阶段：第一阶段1965-1978年，这一发展阶段以纯光学的相干计量技术为主，形成了一系列纯光学的全息散斑计量方法。对计量机理的解释，主要是用传统的干涉计量理论。第二阶段70年代末开始，这一发展阶段是以光电结合的精密计量技术为主的，全息散斑计量

2、技术向着高精度、高速度及自动化方向发展，同时，发展出了用统计学方法解释的新理论，该理论更适合描述空间随机分布光场。激光散斑计量技术是在多学科基础上发展起来的现代光学测量方法，主要有：直接照相法，双曝光法，电子散斑干涉法，错位散斑干涉法和散斑相关测量技术等。它具有全场，非接触，高精度，高灵敏度和实时快速等优点。现己广泛应用于振动，位移，形变，断裂及粗糙度的测量等方面，成为无损计量领域的有效工具，是当前国际上的热门研究课题之一。Timeline

3、Laserspeckleapplicationsanddevelopm

4、entsCummins,photoncorrelationspectroscopyFuji),Briers,GradientofpowerspectralLaserspeckledistributioncontrastimagingSteven,AcousticallymodulatedspeckleimagingInventionofLaserFercherandBriers,Single-exposurespecklephotographyFujii.Ruth.Timedifferentiatedspeck

5、leWaterman-S,FluorescentspecklemicroscopyPiederriere.MonitorParticleaggregationbyspecklesizemeasurementTechnology197419751981198519871994199619971998200120032004Fujii.Ruth,SkinbloodflowmeasurementsmonitoringflowmonitoringQ.Luo,mesentericbloodflowmonitroingBr

6、iers,specklepatternsfrombiologicalspecimmsFujii,retinalbloodflowbylaserspeckleflowgraphyApplicationsStern,Invivoevaluationofmicrocirculation图1・1激光散斑的技术和应用发展时间路线图2激光散斑测量基本理论1）散斑的形成一般地说，电磁波以至粒子束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。散斑的形成必须具备两个基木条件：1）必须有可能发生散射光

7、的粗糙表面。为了使散射光较均匀，则粗糙表面的深度必须大于波长；2）入射光线的相干度要足够高，例如使用激光从可见光波长这个尺度看，粗糙的物体表面可以看作是由无规分布的大量面元构成。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犬量衍射单元构成的“位相光栅”。相干光照射吋，不同的面元对入射相干光的反射或散射会引起不同的光程差，反射或散射的光波动在空间和遇时会发牛干涉现象。当数目很多的面元不规则分布时，可以观察到形成具有无规分布的颗粒状结构的衍射图样。这就是光自由空间传播时形成的散斑（颗粒

8、状结构斑点称为散斑）。但应强调的是，在其它的电磁波谱区会出现此类现彖。比如典型的例子有：人体器言超声影像时的散射现象，综合孔径雷达在微波谱区的散射现象以及X射线在液体中的散射等等。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”，折算到物平面后能在物体表面覆盖足够多的面元，则来自这些面元的光线将在同一像点处相干叠加，从而形成散斑，图像屮任意点的光强等于所有到达该点光波的波幅代数和。如果所有到达该点的光波都是同相的，就会观察到一个最大亮度的散斑图案，而来自照明区域内不同点的光会对像面上的所

9、有像点的散斑强度都有贡献。相反，则为暗的散斑。diffiiserscreen图2.1散斑的成因图2.2典型的激光散斑图像由散斑的成因可知，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。因此，根据两个因素可以区分散斑的不同类型。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、近场散斑和象面散斑三种