激光散斑实验
激光散斑的测量1
激光散斑测量实验目的:本实验介绍单光束散斑技术的基本概念,并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移.实验原理1.激光散斑的基本概念照射产生的，因此是一种随机过程。
要研究它必须使用概率统计的方法。
通过统计方法的研究，可以得到对散斑的强度分布、对比度和散斑运动规律等特点的认识。
图2说明激光散斑具体的产生过程。
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，而散斑的大小要根据光路情况来决定。
散斑场按光路分为两种，一种散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑），另一种是由透镜成象形成的（也称主观散斑）。
2. 激光散斑光强分布的相关函数的概念如图3所示激光高斯光束（参见附录1）投射在毛玻璃上(ξ,η),在一定距离处放置的观察屏(x,y)上的形成的散斑的光强分布为Ｉ(x,y)。
（1）自相关函数假设观察面任意两点上的散斑光强分布为Ｉ(x 1,y 1)，Ｉ(x 2,y 2)，我们定义光强分布的自相关函数为：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉 (1) 其中Ｉ(x 1,y 1)表示观察面上任一点Q 1的光强，Ｉ(x2,y2)表示观察面上另一点Q 2上的光强，〈〉表示求统计平均值。
根据光学知识我们知道：I （x ，y ）=U （x ，y ）U *（x ，y ） (2) 式中U(x,y)表示光场的复振幅。
当玻璃板表面足够粗糙（毛玻璃）时,根据散斑统计学的理论我们可以得到如下的公式：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1)〉〈Ｉ(x 2,y 2)〉+|〈U(x 1,y 1)U *(x 2,y 2)〉|2 (3) =〈Ｉ〉2[ 1+μ( x 1,y 1；x 2,y 2）]式中μ(x 1,y 1；x 2, y 2）=|〈U(x 1, y 1) U *(x 2, y 2) 〉|2/〈Ｉ〉2称做复相干系数。
大学物理实验---激光散斑
实 验 报 告
3、 做完实验后，思考本实验的用途，觉得它可以用于以下几个方 面： （1）可以用本实验原理测量物体的微小位移量 （2）可以用其他透明物体代替毛玻璃，来测量其粗糙度
思考题：
1. 根据什么选择激光散斑测量的光路参数（P1 和 P2）？
答：首先根据透镜的焦距，其次须考虑散斑大小和 CCD 象元大小 的关系。只有选择适当距离的 P1、P2 才能使 CCD 上可以拍摄到较 多的散斑，而且每个散斑又占据足够多的像元数，并且拍摄到的图 像足够清晰有较好的对比度，这样才能得到对散斑光强分布的良好 结果。
W 02 =
2 ������������02 a= = 1.228566������������ ������
d πW (1 − 1' )2 + ( 01' )2 f λf
=
0.2244032 = 0.015731mm 203.4896818
P 1 =透镜到毛玻璃的距离－d 2 =178-53.282722=124.727178mm ������2 ρ(������1 ) = ������1 �1 + 2 � = 124.739279������������ ������ 1
产生误差的原因经过分析有以下几个方面： （1）
实验心得：
1、 为了减小估算误差，对光斑半径进行估算并输入计算机进行自 相关计算时，应该多取几组，比较这几组的相关度大小，最终 取相关度最大的那一组作为实验数据； 2、 在实验过程中要保证光器具的干净， 不能用手碰光器具的镜面， 在实验结束时应该及时将塑料罩盖回去；
S = λP2 / πW
(3)
因此测量出 S 的大小就可以求出 W。 (2) 两个散斑场光强分布的互相关函数： 假设观察面任意一点Q 1 上的散斑光强分布为Ｉ(x 1 ,y 1 )，当散射体发 生一个变化后（如散射体发生一个微小的平移 d 0 = d ξ 2 + dη 2 ）观察面任意 一点Q 2 上的散斑光强分布为 Ｉ’ (x 2 ,y 2 )我们定义光强分布的互相关函数为： G C （x 1 ,y 1 ；x 2 ,y 2 ）=〈Ｉ(x 1 ,y 1 ) Ｉ’(x 2 ,y 2 ) 〉 两个散斑场的互相关函数为：
激光散斑的测量
W ( Z ) W0 (1 Z 2 / a 2 )1/2 0.01726 1
S P2 / W
632.8 106 555.0 0.07545mm 1.4816
2. x 和y 的计算
P2 555 x d 1 0.1611mm 1 P 0.03 126.96 1 P2 y d 1 P 0 1
答：由于激光光强起伏周期远大于 CCD 采样的周期，激光器光强时整体下降或 者提升的，最终图像上整体光强大小可能会有变化 6、在本实验中若有一均匀的背景光迭加在散斑信号上，对 S 值的测量有影响 吗？试分析原因。 答：观察面上的光强整体上升了，统计平均值显然会上升，但是不会影响统计分 布。即对拟合没有影响，因此对 S 无影响。
W012
f ' d1
2 01 2 '
50mm
(50 650) 53.55mm 650 2 0.22442 2 (1 ) ( ) 50 632.8nm 50mm
W02 (1
d1 2 W012 2 ) ( ) f' f'
0.22442 0.01726mm 650 2 0.22442 2 (1 ) ( ) 50 632.8nm 50
五．思考题
1、激光散斑测量的光路参数（P1,P2）选择是根据什麽？ 答： 为了得到较好的图像， 一方面需要考虑图像中散斑个数要多已得到的统计数 据比较可信， 另一方面要使散斑图像尽可能地大以获得精确测量。所以实验中需 要调节（P1,P2）兼顾这两个方面，以获得最佳图像 2、为什麽在本实验中散斑的大小用 CCD 象元，而毛玻璃与 CCD 表面的距离可 以用卷尺（最小刻度为 1 毫米）？ 答：CCD 象元由计算机处理，精确度高。有公式 d x
激光散斑实验报告
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。
激光散斑测量(中国科大实验讲义)
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一维自相关函数图
实验曲线
拟合曲线
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一维互相关函数图
实验曲线
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激光散斑实验
什麽是激光散斑现象? 激光散斑现象的特点
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
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什麽是激光散斑现象?
• 当一束激光照射到具有漫射特性的粗糙表面 上时，在反射光的空间中用一个白色的屏去 接收光总可以看到一些斑点。这就是激光散 斑现象。
• 经透镜成象形成的散斑是主观散斑 。在自由 空间传播形成的 散斑叫做客观散斑。
xdx(1P 2/(P 1))
gc
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x
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实验相关函数的计算
• 利用CCD和采集卡（10moons）得到的是BMP格式的图 象文件，调用程序可以将BMP图象文件转化为两维的 数据文件，也就是得到了CCD面阵所在的这一面积上 的光强的值I（i, j）(i,j=1,2…,N0) 。利用这些值就可以 计算散斑场的归一化样本自相关函数和互相关函数。 这些由计算机完成。
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6
由激光器出射的高斯光束
d
2W0
d=250mm ，=0.0006328mm ，w0=0.2244mm
d 1 w0 ( ) 2
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7
高斯光束的复振幅表达式：
I I0
W0 0.135I0
u ( x , y , z ) A exp[ ik ( x y ) ] q(z)
S P W
激光散斑技术在物理实验中的应用与分析方法
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。
激光散斑测量实验报告
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。
激光散斑实验实验报告
激光散斑实验实验报告激光散斑实验实验报告激光散斑实验是一种常见的光学实验，通过观察激光光束在不同表面上的散斑图案，可以对光的传播和干涉现象进行研究。
本次实验旨在通过观察激光在不同材料上的散斑图案，探究光的干涉现象以及不同材料对光的作用。
实验装置主要由激光器、透镜、光屏和不同材料的样品组成。
首先，我们将激光器调整至合适的工作状态，确保激光光束的稳定和垂直度。
然后，将透镜放置在激光光束的路径上，调整透镜的位置和焦距，使得光束能够在光屏上形成清晰的散斑图案。
在实验过程中，我们使用了不同材料的样品，包括透明材料如玻璃和塑料，以及不透明材料如金属和纸张。
通过将这些样品放置在激光光束的路径上，我们可以观察到不同材料对激光的散斑效应。
实验中，我们将透明材料放置在光屏上方，而不透明材料则放置在光屏下方，以便观察到不同材料的散斑图案。
观察散斑图案时，我们可以看到一系列明暗相间的环形或条纹状图案。
这些图案是由于光的干涉所产生的。
当激光光束经过透明材料时，光的传播速度和路径会发生变化，从而导致光的相位发生变化，最终形成干涉图案。
而当激光光束经过不透明材料时，光的传播会受到材料的吸收和散射，从而形成不同的散斑效应。
通过实验观察，我们可以发现不同材料对激光的散斑效应有着不同的影响。
透明材料如玻璃和塑料会产生明亮的环形散斑图案，而不透明材料如金属和纸张则会产生暗纹或条纹状的散斑图案。
这是因为透明材料对光的传播影响较小，而不透明材料则会吸收和散射光线，从而产生干涉效应的差异。
除了观察不同材料的散斑图案，我们还可以通过调整透镜的位置和焦距，改变激光光束的直径和聚焦效果，进一步研究光的干涉现象。
通过调整透镜的位置，我们可以观察到散斑图案的变化，从而了解光的传播和聚焦的特性。
综上所述，激光散斑实验是一种重要的光学实验，通过观察激光在不同材料上的散斑图案，可以研究光的传播和干涉现象。
通过实验，我们可以了解不同材料对光的作用以及透镜的调节对散斑图案的影响。
激光散斑的测量实验
激光散斑的测量实验一、计算机的故障及排除方法：现象：打开计算机，计算机发出报警声。
原因：(1) 内存条或显卡松动。
(2) 系统部分文件残损。
排除方法：(1) 打开主机盖，拔下内存条和显卡，用擦皮擦一下接口的地方，再用劲插上，同时将其它的插条也顺便检查一下。
(2) 补装部分系统文件，如不行，将C盘格式化，重装系统文件。
二、CCD的故障及排除方法：现象：CCD不工作。
原因：(1) 在做实验的过程中，CCD处于开机状态时，大范围移动了CCD，CCD受到震动，一时恢复不了平稳状态，采集不到像点。
(2) 计算机主机内的采集卡松动。
(3) 采集卡系统文件缺损，造成采集卡不能工作。
排除方法：(1) 关闭CCD电源，关闭计算机，稍等几分钟再开。
(2) 打开计算机主机盖，将采集卡拔下，用擦皮擦一下接口处，再用劲插上。
(3) 重新安装采集卡系统文件。
[注意] 做实验时，光路摆好后才能打开CCD，不要将激光光束直接照在CCD 表面上，同时也不要长时间暴露在白光灯下，做完实验应及时将盖子罩上。
三、CCD数据处理的故障及排除方法：1. 现象：用自相关函数程序计算出的散斑半径Sx、Sy数值相差太远。
原因：光路不共轴。
排除方法：学会调节共轴。
先调激光器水平，激光束经反射镜直射CCD盖子上的十字叉中心；然后将透镜插入光路中，光束经透镜中央，以十字叉中心光斑为圆点扩束。
2. 现象：(1) 用互相关函数程序计算出的散斑位移量△x为零，△y有很大位移量。
(2) 用互相关函数程序计算出的散斑位移量△x为一定数值，△y也有位移量。
原因：(1) 磁性表座没有锁住；或千分头没有顶住调整架端面且实验桌有震动；或调图的次序错误。
(2) 在拍图片时，实验桌有震动。
排除方法：(1) 光路调节好，一定要将所有的磁性表座全部锁住，防止震动；在旋千分头时，千分头要顶住调整架端面，并且按同一个方向旋转，避免螺距差；在进行数据处理时，如果是顺时针旋转千分头，在做互相关计算时，是后一幅图和前一幅图比较，如果是逆时针旋转千分头，是前一幅图和后一幅图比较。
激光散斑数据分析报告单(3篇)
第1篇一、项目背景随着光学检测技术的不断发展，激光散斑技术因其非接触、非破坏、高灵敏度等特点，在材料科学、生物医学、光学制造等领域得到了广泛应用。
本报告针对某次激光散斑实验数据进行分析，旨在揭示样品的表面形貌、内部结构以及材料性能等信息。
二、实验方法1. 实验装置：实验采用激光散斑干涉仪，配备高功率激光器、分束器、扩束镜、聚焦镜、探测器等设备。
2. 实验样品：样品为某新型复合材料，厚度约为2mm。
3. 实验步骤：（1）将样品放置于实验平台上，调整激光器功率和聚焦参数；（2）开启激光器，使激光束照射到样品表面；（3）探测器接收散射光信号，经处理后传输至计算机进行分析。
三、数据采集本次实验采集了多组激光散斑干涉图像，数据量较大。
以下为部分实验数据：1. 散斑干涉图像：展示了样品表面的散斑干涉图案，可直观反映样品的表面形貌。
2. 散斑图相位分布：通过相位解调技术，获取样品表面的相位分布信息，进一步揭示样品的内部结构。
3. 散斑图强度分布：分析了样品表面的强度分布，可用于评估样品的表面质量。
四、数据分析1. 散斑干涉图像分析：通过观察散斑干涉图像，发现样品表面存在明显的纹理特征，表明材料具有一定的微观结构。
进一步分析发现，样品表面的纹理具有一定的周期性，说明材料在制备过程中可能存在一定的工艺缺陷。
2. 散斑图相位分布分析：通过相位解调技术，获取样品表面的相位分布信息。
分析发现，样品表面存在一定程度的相位畸变，表明材料内部存在一定的缺陷。
进一步分析缺陷的分布和形态，有助于了解材料的内部结构。
3. 散斑图强度分布分析：通过分析散斑图强度分布，发现样品表面的强度分布不均匀，存在一定程度的波动。
这可能是由于材料内部存在孔洞、裂纹等缺陷导致的。
通过对强度分布的统计分析，可以评估样品的表面质量。
五、结论与建议1. 结论：（1）样品表面存在明显的纹理特征，表明材料具有一定的微观结构；（2）样品内部存在一定程度的缺陷，可能影响材料的性能；（3）样品表面强度分布不均匀，存在一定程度的波动。
散斑生成的原理实验报告
散斑生成的原理实验报告
一、实验目的：
研究散斑生成的原理。
二、实验原理：
散斑是由光线经过不同介质的扰动引起的光场干涉现象，其产生的原因是由于光线在传播过程中经历的相位差引起的。
当平行入射的光线通过透明介质时，由于介质中存在微小的不均匀性，如密度、厚度或折射率的变化，这些微小的不均匀性能够引起光线的相位差，从而使光波发生干涉。
三、实验仪器：
1. 激光器：用于产生单色、高亮度的激光光源。
2. 透明介质：如玻璃板、水晶板等。
3. 平行光束成形器：用于将激光束变为平行光束。
4. 平行光束分束器：用于将平行光束分成两束，以形成干涉。
5. 探测器：用于检测干涉图案。
四、实验步骤：
1. 将激光器打开，使其发出激光光束。
2. 通过平行光束成形器将激光束变为平行光束。
3. 将平行光束经过平行光束分束器，使其分成两束。
4. 一束平行光束直接射向探测器作为参考光，另一束平行光束经过透明介质后
射向探测器。
5. 观察探测器上形成的干涉图案，其中的散斑即为干涉的结果。
五、实验结果与分析：
观察实验结果可发现，在探测器上形成了一系列的亮暗交替的环形和条纹。
这些散斑的形成是由于光波的干涉引起的。
由于透明介质中存在微小的不均匀性，这些不均匀性能够引起光线的相位差，从而导致干涉。
六、实验结论：
散斑是由光线经过不同介质引起的干涉现象。
通过实验观察到的干涉图案，验证了散斑的产生原理。
散斑的研究在光学、物理等领域具有重要的意义，对于了解光的干涉现象以及介质的光学性质具有重要的参考价值。
激光散斑实验报告
一、实验目的1. 了解激光散斑成像原理和实验方法；2. 掌握激光散斑成像系统操作和数据处理；3. 分析实验结果，验证激光散斑成像技术在图像处理中的应用。
二、实验原理激光散斑成像技术是一种非接触、非侵入性的成像技术，通过分析激光照射在散射介质上产生的散斑图案，可以得到散射介质的二维速度分布图。
实验中，利用激光照射被测物体，被测物体表面反射的光线经过散斑形成，通过图像采集系统获取散斑图像，进而进行图像处理和分析。
三、实验仪器与材料1. 激光散斑成像系统：包括激光器、分光器、透镜、光电倍增管等；2. 被测物体：具有一定速度分布的物体；3. 图像采集卡、计算机、图像处理软件等。
四、实验步骤1. 连接激光散斑成像系统，调试激光器；2. 将被测物体放置在实验平台上，调整物体位置和角度；3. 开启激光器，调整激光束的入射角度和功率；4. 启动图像采集卡，记录散斑图像；5. 利用图像处理软件对散斑图像进行预处理、滤波、边缘检测等操作；6. 对预处理后的图像进行散斑分析，得到二维速度分布图；7. 分析实验结果，验证激光散斑成像技术在图像处理中的应用。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，激光散斑成像系统能够稳定地获取散斑图像；2. 通过图像处理软件对散斑图像进行预处理，去除噪声和干扰；3. 对预处理后的图像进行散斑分析，得到二维速度分布图；4. 实验结果表明，激光散斑成像技术在图像处理中具有较高的准确性和可靠性；5. 激光散斑成像技术可以应用于生物医学、材料科学、工业检测等领域。
六、实验结论1. 激光散斑成像技术具有非接触、非侵入性、快速成像等优点，适用于多种场景下的图像处理；2. 通过实验验证，激光散斑成像技术在图像处理中具有较高的准确性和可靠性；3. 本实验为激光散斑成像技术在图像处理中的应用提供了实验依据。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意调整激光器功率和入射角度，确保散斑图像质量；2. 对散斑图像进行预处理时，合理选择滤波方法和参数，以去除噪声和干扰；3. 在散斑分析过程中，注意选择合适的分析方法和参数，以提高二维速度分布图的准确性。
激光散斑照相实验
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。
激光散斑操作步骤
激光散斑操作步骤1. 准备工作需要将实验室的工作区域清洁干净，尤其是需要确保实验台面上没有杂物和灰尘。
因为任何尘埃或污物都可能会影响成像质量。
还需要根据实验要求准备好适合的光源、激光器、反射镜、透镜和散斑板等光学元件。
2. 搭建实验系统将激光器安装于安全稳定的支架上，并将它的输出端朝向反射镜。
反射镜的作用是将激光束反射至透镜上。
透镜的作用是通过调整激光束的聚焦程度来控制散斑板的成像质量。
在把透镜固定到反射镜上时，需要先对透镜进行精细的调节。
尝试让激光束成为水平和垂直的两条直线。
将透镜的位置调整到最佳焦距。
注意：只有当透镜处于焦距附近时，才能保证激光束的质量。
3. 制作散斑板散斑板通常由光学玻璃或金属材料制成，并在表面上加工出一定数量的凸起或凹坑。
当激光束射入散斑板上时，在表面凸起或凹坑的作用下，会形成大量的散斑。
常见的散斑板制作方法包括：注射模切法、振动模切法和电磁模切法等。
对于初学者来说，建议选择模具制作散斑板，这种方法简单易行，成品质量稳定。
制作好散斑板后，需要安装到特制的固定架上，并确保它与透镜平行、距离透镜最佳焦距较短（通常为透镜对焦点到散斑板的距离），以确保成像质量稳定。
4. 启动系统当散斑板和实验系统都调整成功后，可以开启激光器，将激光束立即射入散斑板中。
如果一切正常，散斑图案将会清晰地投影在屏幕上。
如果出现图案变形、模糊或变形不清楚的情况，则可能需要重新调整系统或更换散斑板。
5. 调整成像参数一旦图案呈现，就可以根据实验需要和个人偏好调整图案角度、尺寸和强度等成像参数。
如要调整散斑图案的比例，可以通过调整透镜的焦距来实现。
当激光束用完后，要及时关闭激光器，拆下所有的光学元件并归位。
此时对实验台面进行再次清洁，以防污染和损坏。
除了以上操作步骤之外，还有一些注意事项需要特别注意：1. 安全意识要强激光束具有很高的能量密度，需要特别注意安全。
在操作激光器时，一定要佩戴适当的防护眼镜，并在实验室内设置明显的安全警示标志。
激光散斑检测原理
激光散斑检测原理
嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光散斑检测原理这个神奇的玩意儿。
你说激光散斑检测原理像不像一个超级侦探？它能发现好多我们肉眼看不到的小秘密呢！想象一下，一束激光照过去，就好像是这个侦探打开了它的超级放大镜，开始仔细观察每一个细节。
那这激光散斑到底是咋回事呢？其实啊，就好比我们照镜子，当激光照到物体表面的时候，会因为表面的不平整啊之类的原因，形成好多小小的亮点，这些亮点就是散斑啦！这些散斑可不是随便出现的哦，它们就像是给我们传递信息的小使者。
那怎么通过这些散斑来检测呢？这可就有意思啦！我们可以通过分析这些散斑的各种特征，比如说它们的分布啊、亮度啊等等，来了解物体的各种情况。
这就好像我们通过一个人的言行举止来判断他的性格和状态一样。
比如说，在一些工业生产中，我们可以用激光散斑检测原理来检测材料是不是有缺陷。
这多重要啊，要是材料有问题，那生产出来的东西质量能好吗？这就好像盖房子，要是砖头有裂缝，这房子能牢固吗？
在医学领域呢，也能派上大用场哦！可以检测人体组织的健康状况呢。
哎呀，你说神奇不神奇？
而且啊，激光散斑检测原理还特别灵敏，一点点小变化都能被它察觉到。
这就像是一个特别敏锐的卫士，任何风吹草动都逃不过它的眼睛。
它还很方便呢，不需要对物体进行太多的预处理，直接就能开始检测。
这多省事啊，不用大费周章地去准备一堆东西。
总之呢，激光散斑检测原理真的是个了不起的东西。
它就像一个默默无闻却又超级厉害的幕后英雄，在各个领域发挥着重要的作用。
我们的生活中好多地方都有它的功劳呢，我们可不能小瞧了它呀！是不是很有趣呢？大家可一定要好好了解了解它哦！。
激光散斑实验
激光散斑实验 4＋实验原理1.激光散斑的基本概念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. 2. 激光散斑光强分布的相关函数的概念 （1）自相关函数假设观察面任意两点上的散斑光强分布为Ｉ(x 1,y 1)，Ｉ(x 2,y 2)，我们定义光强分布的自相关函数为：G （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉 (1) 其中Ｉ(x 1,y 1)表示观察面上任一点Q 1的光强，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 =(2)两个散斑场光强分布的互相关函数： G C （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉 复相干系数两个散斑场的互相关函数为：21212222(1/())(1/())(,){1exp{[]}exp{[]}C y d P P x d P P G x y I SSh x r r D ++D ++D D =<>+--归一化的互相关函数是以1为底的峰值位置在：2121(1/()),(1/())x d P P y d P P x h r r D =-+D =-+ 的两维高斯分布函数。
理论计算： （1） S222(,)()/1exp[()/]g x y G x I x y S D D =D <>=+-D +DW01√W02=0.017mm2 0/a Wp l==1.435mmP1=170-53.55=116.45mm W= W2/S P Wl p==0.0006328*530/3.14159/1.37=0.0779mm=5.57ccd像素√实验数据(1)自相关（2）互相关（3）仪器相关参数5、6相距53cm P2=530mm4、5相距17cm d2+P1=170mm3、4相距30cm实验装置 1.氦氖激光器, 2..全反射镜, 3.双偏振片,4.透镜,5.毛玻璃, D, 7.计算机2、3相距35cm d 1=650mm 数据处理（1） 求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径 2P w Sl p =S=6611()/12Sx Sy +邋=7.675ccd 像素2P w S l p ==0.0006328mm 530mm3.141597.6750.014mm´创=0.9935mm √ （2） 求出毛玻璃的平均实际位移量 211()xd P P x r D =+x D = (14+13+13+15+15)/5=14ccd 像素=0.196mm W 02''12222011''d (1)()f d f W d f f p l -=--+=53.55mm P 1=170-53.55=116.45mm22111()(1/)p p a p r =+=116.47mm211()x d P P x r D =+=0.1961530/116.47mm +=0.035mm √理论值与实验值比较？。
实验报告 激光散斑
实验报告勾天杭 PB05210273题目：激光散斑测量目的：了解单光束散斑技术的基本概念，并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移。
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。
氦氖激光器(本实验中用长250毫米的内腔式氦氖激光器， =632.8nm)的光束穿过各个元件的通光口径的中心。
光学元件有：双偏振器（用来调节光强），透镜（用来改变激光束的发散角），毛玻璃（用来产生散斑）。
接收器件采用CCD器件，由CCD器件采集的光强信息经过采集卡（插在计算机的插槽内）进行AD变换，由模拟信号变成数字信号，再显示在计算机屏幕上，此数字信号同时存入计算机软盘或硬盘上便于数据处理。
由于激光器的结构决定了激光输出为高斯光束，本实验所用的氦氖激光器输出为束腰在激光器出射孔处的高斯光束。
其束腰大小为：πλdW 01= （1） 它经过透镜后其高斯光束会发生变换，在透镜后方形成新的高斯光束。
2'2012'11''2)()1(d f W f d d f f λπ+---= 2'2012'120102)()1(f W f d W W λπ+-=(2)由（2）可以计算高斯光束经过透镜后的束腰位置d 2和大小w 02经过透镜后的高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小W 可以由计算氦氖激光器的高斯光束的传播特性得到：2/1220)/1()(a Z W Z W += （3）)/1()(22Z a Z Z +=ρ （4）其中λπ/20W a =这里Z=P 1，而P 1=透镜到毛玻璃的距离-d 2，W 0=W 02。
再由W P S πλ/2= (5)可以求得散斑的统计半径S 。
由 ∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P 1)) ∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1)) 可求出∆x 和∆y 1像素=14μm数据及处理：光路参数：P 1+d 2=15cm P 2=55cm d 1=70cm f ’=5cm d=250mm λ=632.8nm2'2012'11''2)()1(d fW f dd f f λπ+---=；πλd W 01=201W d πλ=''121221''12222010222222101120221d 15(1)()5701559.6159527339.61670 2.5155111f d f cm P d d f fcm cmP cm cm cm cm cm cm cm cm d W W d d W d f f f f W da d d f f λππλπλ-=-=--+-=-+=≈⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+-+ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭==⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎝⎭⎝22222221121 2.50.01447770 2.51550.014477()19.61619.6169.616cmcmcm cm cm cm a cm P P cm cm cm P ρ==⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+=⨯+≈ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭619.747746ii SS ===∑像素=136.46838μm照在毛玻璃上激光光斑的平均半径2=632.8nm 55cm 3.14134.46838824.29P w m m Sλμμπ=⨯÷÷= m d d i iμξξ422.3167.30661===∑=像素毛玻璃的平均实际位移量 m cmcm mP P d x μμρξ85.62616.9/5513.422)(112=+=+=∆本实验中，调整光路是最关键的一步。
激光散斑测量
激光散斑测量实验目的通过对激光散斑大小的测量，了解激光散斑的统计特性，学习有关散斑光强分布重要的数据处理方法。
实验原理激光散斑是由无规散射体（实验中为毛玻璃）被相干光照射产生的。
散斑场按光路分为两种，一种是在自由空间中传播而形成的客观散斑（本实验研究的情况），另一种是由透镜成象形成的主观散斑。
散斑的大小、位移及运动变化可以反映光路中物体及传播介质的变化。
试验中用的是激光高斯光束，其传播时光场的等振幅线在沿光路方向为双曲线。
光斑最细的位置为束腰。
激光经过凸透镜时其偏角会变化，会产生新的束腰。
毛玻璃离透镜的距离改变时，照在其上的光斑半径也随之改变。
实验是通过用计算机测量散斑的变化来算出光路中毛玻璃的移动情况。
激光散斑光强分布的规律由相关函数来描述。
自相关函数为：G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ(x2,y2) 〉归一化后为：其中：)](ex p[1),(222Syxyxg∆+∆-+=∆∆WPSπλ/2=互相关函数为：GC （x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ’(x2,y2) 〉 归一化后为： 其中 实验内容1. 调节光路图如下图：2.调节光路的要求：(5,632.8)f cm nm λ==。
a ）各光学元件中心高度相等（21cm ）。
b ）注意保护CCD 。
c ）调好光路后锁紧磁性底座。
3.程序操作和数据采集。
4.光路参数和数据表格。
1)自相关求散斑大小S 。
2）根据散斑位移求毛玻璃的移动})](/1[ex p{})](/1[(ex p{1),(212212S P P d y S P P d x y x g y x C ρρ++∆-++∆-+=∆∆))(/1(12P P d x x ρ+-=∆ 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.计算机数据处理1.各个已知的常数如下：激光波长λ = 632.8nm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d1=650mm透镜到毛玻璃距离=d2+P1=150mm毛玻璃到CCD探测阵列面P2=550mm毛玻璃垂直光路位移量dξ和dη， dξ=5小格=0.083mm，dη=0 2.计算几个理论值（公式见预习材料）：激光管口处腰束半径为：4012.24410()0.2244()m mmw-===⨯=经过透镜后高斯光束束腰距透镜的距离为：''122222220114''50650d5053.556500.2244(1)()(1)()5050 6.32810f df mmWdf fππλ---=-=-=⨯-+-+⨯⨯经过透镜后高斯光束束腰半径为：020.01726W mm ===。