散斑干涉实验
实验3-3 剪切散斑干涉法指导书
1剪切电子散斑干涉术（ESSPI ）测量物体离面位移导数(2学时，每次实验12人)一． 实验目的● 了解和掌握ESSPI 测量物体离面位移导数的方法和技术； ● 学会用ESSPI 测试周边固支圆板的离面位移导数。
二． 实验器材和装置试件为铝箔中心固支圆板。
试验器材有：激光器、反射镜、分光镜、扩束镜、透镜、CCD 、图象卡、计算机及软件。
实验装置和光路如图1所示。
图1 电子剪切散斑干涉术光路图三． ESSPI 的基本原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔，光线通过此玻璃光楔将产生偏折，在像平面上产生与光楔的楔角相同方向的两个剪切像，由激光形成的这两个像在像平面上相互干涉而形成散斑干涉条纹。
对于整个物体来说，在像平面上形成两个互相剪切的像，它们的波前分别为[]),(exp ),(y x a y x U Φ=（2） []),(exp ),(y x x a y x x U δδ+Φ=+（3）这里a 表示光的振幅分布，Ф(x ,y )和Ф(x +δx ,y )分别表示为两个剪切像的相位分布，这样在像平面上两个像叠加结果为),(),(y x x U y x U U T δ++=（4）则光强为[]x T T a U U I φcos 12*2+==，),(),(y x y x x x Φ-+Φ=δφ （5）当物体变形后，光波将产生一个相位的变化量Δφx ，则变形后的光强为()[]x x a I φφ∆++=cos 12'2（6）2在剪切电子散斑干涉方法中，采用CCD 摄像机进行记录并存入计算机中，采用电子散斑干涉相同的图像相减处理方法，即变形前后两幅散斑图相减，即等式（6）和等式（5）相减可得2sin 2sin 4'2x x x T a I I I φφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+=-=（7）这种相减方式排除了背景光强的影响，突出了由于变形引起的相位变化Δφx 的结果。
该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
激光散斑干涉
7、利用利用电子散斑干涉的处理软件对其图像处理。
五、数据记录和数据处理：
利用电子散斑干涉的处理软件对处理后的图片进行三维点阵重构，并绘出W-X，W-Y，W-X-Y 图。
六、注意事项：
1.眼睛不可正面直视激光束，以免造成伤害。
2.请勿用手触摸光学元件的表面。
3.在运行控制程序前，请关闭其它应用程序。
4．在采集图象的过程中，同一组名的图象会不予提示地覆盖以前的图象，所以在采集新图时，建题：
如果本实验采用平行光照明，从理论上看测试精度将有何变化，光路应做何调整？
电子散斑
一、实验内容：
1．了解电子散斑干涉原理；
2．掌握干涉光路及图像处理软件；
3．学会使用本系统来测量三维离面位移。
二、实验仪器：
图一XGS-1 电子散斑干涉(ESPI)实验系统
三、实验原理：
电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图二为测量离面位移（即前后沿Z轴方向的位移W）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线N，则离面位移为
4、放入被测物品和CCD摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到CCD摄像机接收表面上。
5、而后放入平面反射镜，要使平面反射镜到分光镜的距离和被测物品到分光镜的距离相同，且调节其被反射的光束的中心也入射到CCD摄像机接收表面上，这时便可以在采集图像的软件上看到干涉条纹。最后在放入聚焦透镜，调节透镜与CCD的距离，使屏幕上得到最清晰、最完整的像。调节反光镜上的二维调整架的微调旋扭，使得到的图像的干涉条纹最清晰且为中心位置。
电子散斑干涉术测空气折射率
电子散斑干涉术测空气折射率一、实验目的：1.了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。
2.通过观察“散斑对”产生的杨氏干涉条纹，加深对双孔杨氏干涉理论的理解，了解散斑干涉计量的基本原理。
二、实验原理：全息散斑干涉过程中信息的载体是作为电磁波的光,测量的对象是光学粗糙表面及其有关物理量,如 面形、应变、流场等。
当用激光束投射到一光学粗糙表面（即表面平均起伏大于光波波长量级）上时，即呈现出用普通光见不到的斑点状的图样。
其中的每一个斑点称为散斑(speckle),整个图样称为散斑图样，这种散斑现象是使用高相干光时所固有的。
散斑的物理起因可以简单地说明为：当激光照射到物体表面时，其上的每一个点（面元）都可视为子波源，产生散射光。
由于激光的高相干性，则由每一个物点散射的光将和每一个其他物点散射的光发生干涉。
又因为物体表面各面元是随机分布的（这种随机性由表面粗糙度引起），则由它们散射的各子波的振幅和位相都不相同，而且也是无规则分布的。
所以由各面元散射的子波相干叠加的结果，形成的反射光场具有随机的空间光强分布。
当把探测器或眼睛置于光场中时，将记录或观察到哦一种杂乱无章的干涉图样，呈现颗粒状结构，此即“散斑”。
散斑干涉术的记录和再现在本质上与全息干涉计量相同，它以干涉方法实现光学粗糙表面的检测，它在形式上更加灵活，不仅可以用光学方法实现，还可以用电子学方法实现，在电子散斑干涉计量（ESPI ）中,原始的散斑干涉场由光电器件转换成电信号记录下来。
用模拟电子技术方法实现信息的提取，形成的散斑干涉场可直接显示在监视器上，也可以存入电子计算机。
与光学滤波方法相比，ESPI 操作简单、实用性强、自动化程度高，可进行动态和静态测试，具有许多优点。
下面的实验是用电子学方法实现的。
Fig.2 Light path of ESPI method上图是常用的均匀参考光光路图，BS 为分光镜，分得的一束光经一系列的反射作为参考光，另一束光经反射、扩束、准直后，再经过毛玻璃片，作为物光，参考光与物光成像到CCD 摄像机摄像管接收面上,再经过电子计算机的软件运算处理后,就可以将成像显示在显示器上。
实验一 双光束散斑干涉
实验一双光束散斑干涉Pb10005083 刘波实验目的：1.熟悉双光束散斑干涉的基本光路。
2.掌握双光束散斑干涉的基本原理。
3.掌握应用双光束散斑干涉测量面内位移。
实验原理：所谓双光束散斑干涉技术是指利用双光束干涉所形成的散斑场来进行干涉计量的技术。
这种双光束干涉散斑可能由两个散斑场相干形成，也可能由一个散斑场与一个均匀光场相干形成。
干涉散斑场的细节分布，不仅与物表面的随机起伏（即粗糙程度）有关，还与两束光波之间的位相差有关。
如果两束光波之间的位相差发生变化，则干涉散斑场将发生非相关的变化，即变得细节分布不相同。
但如果位相差变化量刚好为2p的整数倍，则散斑场又变成原样，即与原散斑场相关。
在位移测量中，由于物表面各点位移不同，也就会造成两束光波间位相差的改变量不同。
有些地方散斑场变得与原散斑场不相关，而有些地方则保持相关。
这种保持与原散斑场细节分布相同的点的轨迹称相关条纹。
双光束散斑干涉技术，通过检测相关条纹来测量位移场。
双光束散斑干涉技术，可以用来测量面内位移，也可以用来测量离面位移。
其测量灵敏度比单光束散斑干涉技术高一个量级，与全息干涉技术的测量灵敏度相同。
但双光束散斑干涉技术要求位移量小于一个散斑大小。
面内位移的测量方法光路图如上图，该方法所得散斑场是两束相干光照明同一漫射物体形成的两套散斑场相干叠加的结果。
对于对称入射光路，Ua=Ub=(u,v,w)Ka=(sinθ,0,cosθ)Kb=(-sinθ,0,cosθ)该方法测量面内位移的相关条纹是：相关条文方程为面内位移眼照明平面分量的等值线，其灵敏的为λ/（2sinθ）. 实验结果：实验结果分析：双光束散斑用于测量面内位移，图中条纹为面内位移x分量的等值线。
当双光束并不完全对称时，设其分别为θ1，θ2，则公式中2sinθ应用sinθ1+sinθ2代替。
尽管如此，若CCD镜头并不垂直于试样，而是平分双光束与试件构成的三角形的顶角，则任然可用2sinθ精确计算。
电子散斑干涉实验报告
电子散斑干涉实验报告电子散斑干涉实验报告引言：电子散斑干涉实验是一种经典的物理实验，通过电子的干涉现象展示了波粒二象性的特性。
本实验旨在通过观察电子的干涉图案，深入了解电子的波动性质，并探讨干涉现象的原理。
实验器材与原理：本实验所需的器材包括电子枪、狭缝、屏幕和电子探测器。
电子枪通过电子的发射，产生电子束；狭缝用于调节电子束的宽度和方向；屏幕用于接收电子束，并观察干涉图案；电子探测器用于测量电子的强度。
实验过程：首先，将电子枪与电子探测器连接，将电子枪的电压调至适当的值，以确保电子能够发射。
然后，将狭缝放置在电子枪和屏幕之间的适当位置，并逐渐调节狭缝的宽度，观察屏幕上的干涉图案的变化。
最后，使用电子探测器测量不同位置的电子强度，并记录下来。
实验结果与讨论：在实验中，我们观察到了明暗相间的干涉条纹，这些条纹是由电子的波动性质引起的。
当电子通过狭缝时，它们会发生衍射，形成一系列的圆环状干涉条纹。
这是因为电子的波长与狭缝的大小相当，导致电子在经过狭缝后发生干涉。
通过调节狭缝的宽度，我们可以观察到干涉图案的变化。
当狭缝较宽时，干涉条纹较模糊，圆环状的条纹不太明显。
而当狭缝较窄时，干涉条纹变得更加清晰，圆环状的条纹更加明显。
这是因为狭缝的宽度决定了电子波束的展宽程度，狭缝越窄，电子波束的展宽越小，干涉条纹就越清晰。
此外，我们还测量了不同位置的电子强度。
我们发现，在干涉条纹的暗纹处，电子强度较低；而在干涉条纹的亮纹处，电子强度较高。
这进一步验证了干涉现象的存在。
结论：通过电子散斑干涉实验，我们深入了解了电子的波动性质和干涉现象的原理。
实验结果表明，电子具有波粒二象性，可以通过狭缝发生衍射和干涉。
干涉条纹的形成与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，干涉条纹越清晰。
此外，干涉条纹的亮暗变化也与电子的强度分布有关。
通过本实验的探索，我们对电子的性质有了更深入的了解，并且对光学干涉现象也有了更深刻的认识。
这对于进一步研究电子的行为和开展相关应用具有重要意义。
电子散斑干涉实验
电子散斑干涉实验[引言]用激光照射物体表面时，在表面前方空间形成随机分布的明暗点，称之为散斑。
散斑随物体表面的变形或移动而运动，记录物体变形前后两个错动了的散斑图并进行比较分析，可以实现物体表面位移的高精度测量。
[实验目的]1．了解电子散斑干涉实验原理。
2．了解并熟悉仪器和光路布置，学会光路的调整方法与步骤。
3. 完成周边固支中心加载圆盘试样的离面位移的观察与测量分析试验。
[实验原理]散斑干涉是被测物体表面散射光所产生的散斑与另一参考光相干涉，两束相干光到此点的光程差，决定了合成散斑场中亮度的细节分布。
当物体发生位移或变形时，光程差也发生变比，如果光程差的变化是照射光波长的整数倍时，则此处斑的亮度不变，将变形前后的两幅散斑图相减，这些位置出现暗条纹，也称相关条纹。
所以相关条纹就是光程差变化等于波长整数倍的那些相关点的轨迹，可以算出相关条纹所代表的位移量。
电子散斑干涉仪的实验光路如图1所示。
He-Ne激光器发出的激光，波长为632.8nm，经分光镜分成物光束和参考光束两束，参考光经过反射到达另一扩束镜，发散后通过半反半透镜反射进入CCD摄像机。
物光束经过扩束镜发散后照射试样的表面，试样表面反射的物光经成像透镜成像，也通过半反半透镜进入CCD 摄像机，将两个光路的混合图像送入计算机。
图1 散斑干涉离面位移测量的实验光路双光束散斑干涉法中两束相干光相干涉，合成散斑场中亮度的细节分布，决定于两束相干光到此点的光程差。
设散斑干涉所需要的物光和参考光在相平面上的波前可以分别表示为()()()[]t y x i y x a t y x A ,,exp ,,,ϕ= (1)以及()()()[]t y x i y x b t y x B ,,exp ,,,ψ= (2)其中a 、b 分别表示物光和参考光的振幅，ϕ、ψ分别表示物光和参考光的位相。
物光和参考光（在相平面上）叠加干涉形成散斑场，其光强为（省略坐标与时间t y x ,,）()ψϕ-++=cos 222ab b a I (3)当被测物体变形后，物光的光程发生变化，产生光程差δ，对应的位相改变量为ϕ∆，而参考光的位相保持不变，所以物光和参考光叠加干涉后的光强成为()ϕψϕ∆+-++=cos 2'22ab b a I (4) 变形前后的两个图像均由CCD 实时采集并送入计算机进行处理。
激光散斑干涉实验
激光散斑干涉实验激光散斑干涉实验摘要:激光散斑测量法是在全息方法基础上发展起来的一种测量方法，这种方法具有很强的实用价值。
散斑位移测量不仅可以实现离面微位移的测量，也可以进行面内微位移测量。
主要是对面内微位移进行了测量研究，利用设计的测量系统将物体发生位移前后的散斑图由CCD记录下来，分别用数字散斑相关法和散斑照相法对散斑图像进行了分析处理，并得出了相应的结论。
关键词:激光散斑;位移测量;数字图像处理一、引言激光自散射体的粗糙表面漫反射或通过透明散射体（毛玻璃等）时，在散射表面或附近的光场中会形成无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。
激光散斑在全息图上是一种有害的背景噪声，但由于散斑携带了光束和光束所通过物体的光学信息，于是产生了广泛的应用。
例如，用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度；利用散斑的动态情况测量物体运动的速度；用散斑进行光学信息处理，甚至利用散斑验光等等。
但应用领域最广的是散斑干涉测量技术。
散斑干涉技术在机械工程方面可以用于测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布，在天文学方面可以测量大气的扰动和温度场分布，在医学、力学和光处理等领域也有广泛的影响。
二、实验2.1实验测试系统散斑干涉测量离面位移光路图如下图所示2.2实验原理（1）激光散斑当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。
由于激光的高度相干性，表面散射光在空间中随机相干叠加后会形成一些亮暗分明的区域，且呈现无规则分布，按照在散射面有无透镜，可以将散斑场划分为主观散斑和客观散斑，由于透镜的使用，主观散斑又被称为成像散斑。
（2）利用散斑干涉术测量面内位移散斑干涉计量就是将物体表面空间的散斑记录下来，当物体运动或由于受力而产生变形时，这些随机分布的散斑也随之在空间按一定规律运动。
因此能利用记录的散斑图分析物体运动或变形的有关信息。
当测量物体在面内发生位移时，通常在被测物体位移前，将散斑记录下来，然后使物体垂直于光轴发生一微小面内位移d，再次记录。
激光散斑干涉
激光散斑干涉电子散斑一、实验内容：1．了解电子散斑干涉原理；2．掌握干涉光路及图像处理软件；3．学会使用本系统来测量三维离面位移。
二、实验仪器：成像透镜被测物体的平面镜氦氖激光器CCD摄像机分光镜扩束器图一xgs-1电子散斑干涉(espi)实验系统三、实验原理：电子散斑干涉法是用激光光束直接照射到测试表面，再用电子摄像机采集其变形前后表面散斑颗粒干涉形成的条纹，以测定其离面位移的一种新型、先进的测试技术，其光路如下图所示，图二为测量离面位移（即前后沿z轴方向的位移w）的光路，由激光器1发出的激光束，经扩束镜2及准直镜3形成光斑放大了的准直光，再经分光镜4分成两束，一束照射到反射镜5再返回，另一束照射到被测物6的表面再返回，两束返回的光束干涉形成干涉条纹，也就是一系列等位移线n，则离面位移为w=λn/2式中λ为测试光的波长，n为条纹的级数。
图二光路图四、实验步骤：1.放置平台并将其调平。
2、各个实验仪器的位置参看图一，先把各个仪器的中心高度调至共轴。
3.使激光器发出的光束平行于工作平台的工作表面。
分别放置扩束器和准直器，调整准直器，使经过扩束器的激光变成平行光。
平行光束应穿过光路（分束器、被测物体、反射器等）中部件的中心，并与平台平行。
在扩束器前面放置一个偏振器，以调整亮度，防止损坏CCD相机。
4、放入被测物品和ccd摄像机，调节分光镜上二维调整台的微调旋扭，使被物品反射的光的中心照射到ccd摄像机接收表面上。
5.然后放入平面镜，使平面镜和分束器之间的距离与被测物体和分束器之间的距离相同，并调整反射光束的中心，使其也入射到CCD相机的接收面上。
此时，可以在图像采集软件上看到干涉条纹。
最后，放入聚焦透镜，调整透镜和CCD之间的距离，以获得屏幕上最清晰、最完整的图像。
调整反射器上二维调整框的微调旋钮，使获得的图像的干涉条纹最清晰，处于中心位置。
6、这时就可以给物品加压，调节物品架上的旋扭给物品加压，随着旋扭的调节，电脑的屏幕上出现的干涉条纹越来越多，且为同心圆环。
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。
散斑干涉实验
数字散斑干涉法测量横梁的面内位移摘要：运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。
数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
关键词：数字散斑干涉法，面内位移，散斑图。
20世纪70年代采用光电子器件（摄像机）代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上，由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹，这种方法称为电子散斑干涉法。
进入20世纪80年代，随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展，散斑计量技术进入了数字化时代，出现了数字散斑干涉法。
数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。
目前，数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。
另外，随着计算机技术，光电子技术与图像处理技术的发展，出现了数字散斑相关技术。
同时，基于散斑计量技术，还出现了粒子图像测速技术。
数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量（也称为光学散斑计量）相同，差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗过程。
另外，传统散斑计量只能采用相加模式，因此必须进行滤波处理，以便消除直流分量从而显现干涉条纹。
而数字散斑计量由于采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中，也可以存储在不同的帧存中，因此数字散斑计量除了可以采用相加模式，还可以采用相减模式或相关模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量，建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。
电子剪切散斑干涉ESSPI实验教案
剪切电子散斑干涉术实验教案一、实验目的1.认识散斑现象和散斑的电子记录；2.了解剪切电子散斑干涉的原理和用途；3.了解剪切电子散斑图象处理的过程二、实验设备剪切电子散斑干涉大多使用剪切棱镜。
常见的剪切棱镜是Wollaston棱镜。
该棱镜是由两个直角棱镜组成，当一束光垂直入射到棱镜表面上时，在后表面形成两束互相分开的，振动方向互相垂直的平面偏振光。
这两束光互为参考光和物光而干涉, 但其振动方向互相垂直，所以需要在棱镜后加一块偏振片，使其振动方向相同。
光路布置如图1所示。
它的优点在于光路布置简单，两束相干光波强度基本相等，因而可达到等光强的要求。
L ：扩束镜 M ：反射镜 W ：Wollaston 棱镜 P ：偏振镜图3 剪切电子散斑干涉光路图三、剪切电子散斑干涉术基本原理剪切电子散斑干涉术(ESSPI)是继电子散斑干涉术后发展的一种测量位移导数的新技术。
它与电子散斑干涉术不同的是在光学结构上，后续的图象处理系统是相同的。
它除了电子散斑干涉术的许多优点外，还有光路简单，对振动隔绝的要求低等特点。
另外，它测量的是位移导数，在自动消除刚体位移的同时对于缺陷受载的应变集中十分灵敏，因此被广泛地应用于无损检测（NDT ）领域 。
除此之外，它与电子散斑干涉不同，其条纹与位移导数的对应关系可以在很大程度上调节变化。
3．1 剪切电子散斑干涉术的原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔块，光线通过此玻璃光楔块将产生偏折，在焦平面上产生与楔块的楔角相同方向的两个剪切的象。
这两个象是由激光形成的，它们将在焦平面上互相干涉而形成散斑干涉图象。
当两个变形前后的散斑干涉图象同时记录在一块干板上，经过处理后，将干板放在傅立叶滤波光路中，将出现一个表示物体位移偏导数的条纹图案。
图1是剪切散斑的光路图。
楔块的楔角为α，μ是折射率，在象平面上被测量物体的剪切量αμδ)1(1'-=D x 。
同样地，如折合到物体表面的剪切量为αμδδ)1(010'-==D D D x x (1)其中D 0和D 1分别为透镜到物体表面和到成象平面的距离。
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。
电子散斑干涉测量
实验四 电子散斑干涉测量散斑现象普遍存在于光学成像的过程中，很早以前牛顿就解释过恒星闪烁而行星不闪烁的现象。
由于激光的高度相干性，激光散斑的现象就更加明显。
最初人们主要研究如何减弱散斑的影响。
在研究的过程中发现散斑携带了光束和光束所通过的物体的许多信息，于是产生了许多的应用。
例如用散斑的对比度测量反射表面的粗糙度，利用散斑的动态情况测量物体运动的速度，利用散斑进行光学信息处理、甚至利用散斑验光等等。
激光散斑可以用曝光的办法进行测量，但最新的测量方法是利用CCD 和计算机技术，因为用此技术避免了显影和定影的过程，可以实现实时测量的目的，在科研和生产过程中得到日益广泛的应用。
一、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（laser Speckles ）或斑纹。
如果散射体足够粗糙，这种分布所形成的图样是非常特殊和美丽的（对比度为1），如图1。
激光散斑是由无规散射体被相干光照射产生的，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，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）。
在本实验中我们只研究前一种情况。
当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板，图1 经CCD 采集的散斑图象在某一距离处的观察平面上可以看到大大小小的亮斑分布在几乎全暗的背景上，当沿光路方向移动观察面时这些亮斑会发生大小的变化，如果设法改变激光照在玻璃面上的面积，散斑的大小也会发生变化。
由于这些散斑的大小是不一致的，因此这里所谓的大小是指其统计平均值。
实验3-3 剪切散斑干涉法指导书
1剪切电子散斑干涉术（ESSPI ）测量物体离面位移导数(2学时，每次实验12人)一． 实验目的● 了解和掌握ESSPI 测量物体离面位移导数的方法和技术； ● 学会用ESSPI 测试周边固支圆板的离面位移导数。
二． 实验器材和装置试件为铝箔中心固支圆板。
试验器材有：激光器、反射镜、分光镜、扩束镜、透镜、CCD 、图象卡、计算机及软件。
实验装置和光路如图1所示。
图1 电子剪切散斑干涉术光路图三． ESSPI 的基本原理在剪切散斑照相机镜头前放置一个小角度的玻璃光楔，光线通过此玻璃光楔将产生偏折，在像平面上产生与光楔的楔角相同方向的两个剪切像，由激光形成的这两个像在像平面上相互干涉而形成散斑干涉条纹。
对于整个物体来说，在像平面上形成两个互相剪切的像，它们的波前分别为[]),(exp ),(y x a y x U Φ=（2） []),(exp ),(y x x a y x x U δδ+Φ=+（3）这里a 表示光的振幅分布，Ф(x ,y )和Ф(x +δx ,y )分别表示为两个剪切像的相位分布，这样在像平面上两个像叠加结果为),(),(y x x U y x U U T δ++=（4）则光强为[]x T T a U U I φcos 12*2+==，),(),(y x y x x x Φ-+Φ=δφ （5）当物体变形后，光波将产生一个相位的变化量Δφx ，则变形后的光强为()[]x x a I φφ∆++=cos 12'2（6）2在剪切电子散斑干涉方法中，采用CCD 摄像机进行记录并存入计算机中，采用电子散斑干涉相同的图像相减处理方法，即变形前后两幅散斑图相减，即等式（6）和等式（5）相减可得2sin 2sin 4'2x x x T a I I I φφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆+=-=（7）这种相减方式排除了背景光强的影响，突出了由于变形引起的相位变化Δφx 的结果。
该低频条纹取决于物体变形引起的光波相位改变。
散斑干涉法测微小位移
《散斑干涉测微小位移》【实验目的】1、通过拍摄自由空间散斑图及成像散斑图，初步了解激光散斑现象及其特点；2．擎握应用散斑干涉全息图设计方法；3、用二次曝光散斑干涉图测量物体表面的面内位移；4、设计用二次曝光散斑图测量透明固体(玻璃)的厚度及其非均匀性。
【实验原理分析与讨论】1、散斑的形成及特征激光自散射体表面漫反射或通过一个透明散射体(加毛玻璃)时，在散射体的表面和附近空间的光场中，可以观察到或用照相记录下来一种无规分布的亮暗斑纹。
这种斑纹称为激光散斑。
它是由散射体上每个面积元发出的基元光波的干涉作用造成的。
在全息术和相干光成像系统中，散斑的存在会影响分辨率，是一种令人讨厌的有害噪声。
近年来，通过研究逐渐发现了它的一些有用的特性。
在某些新的光学系统中，散斑不再是噪声因素，而是一种有用的信息载体．激光散斑．特别是散斑照相和散斑干涉，在表面粗糙度测量、图像处理、运动分析、振动分析、眼球缺陷分析和星体度量学等科技领域中有着广泛的应用，在光学小己成为一个重要的分支。
激光散斑通常可分为空间散斑和像面散斑两类：12空间散斑：如果在散射体G 的正面距离z 的地方放置全息干板记录散斑结构，其散斑的平均直径为 1.22z ds Dλ≈，其中D 是被照亮的散射面直径。
如果在侧面接收，则散斑的平均长度2()z ls Dλ≈ 像面散斑： 像面散斑的平均直径：11.22() 1.22(1+)z ds F Dλλβ≈=式中z1（像距），D （透镜的孔径）β（横向放大率）F （相对孔径的倒数）当散射面位于无限远时，成像面与后焦面重合，散斑的平均直径为1.22() 1.22f ds F Dλλ≈= f 透镜焦距。
2、散斑干涉全息图测量面内位移的光路设计空间散斑（未加成像透镜）非平行光漫反射散斑 像面散斑（放大率>1;<1）散斑干涉光路设计 平行光 空间散斑（未加成像透镜）像面散斑（加成像透镜：放大率>1;<1）空间散斑（未加成像透镜）非平行光透射散斑 像面散斑（放大率>1;<1）平行光 空间散斑（未加成像透镜）面散斑（加成像透镜：放大率>1;<1）3．用二次曝光散斑图测量面内位移(1)反射成像散斑：二次曝光散斑图测微小位移如图是拍摄散斑图的光路布置之一，其中S 是具有光学粗糙表面的平面物体，用扩束后的激光光束照射，L 是成像透镜，H 是全息干板．置于像平面上，成像透镜L 将s 面成像于记录平面H 上，形成成像散斑，如果对浏试物体在运动前后应用二次曝光法拍摄散斑图样，并假定位移的量值大于散斑特征尺寸，那么，在同一底片上就记录了两个同样的但位置稍微错开的散斑图。
散斑干涉测量形变物体的离面位移
散斑干涉测量形变物体的离面位移摘要：首先对散斑的形成和散斑干涉的原理进行了介绍，然后通过对迈克尔逊干涉仪的分析得出散斑干涉，最后通过一个实验在计算机上得到物体形变的三维图形关键词：散斑；干涉；离面位移；迈克尔逊干涉仪Speckle interference measuring objects from surface displacementAbstract: Firstly the speckle formation and the principle of speckle interference were introduced. Then through the analysis of Michelson interferometers we can get the speckle interference. Finally, through an experiment get the object deformation 3D graphics on the computer.Key words: speckle; interference; Michelson interferometers散斑干涉测量形变物体的离面位移一、测量的原理一散斑的形成1散斑现象激光照射在粗糙表面(如金属表面)毛玻璃或折射率无规涨落的介质上则会明暗相间亮斑和暗斑即散斑/斑纹(Speckle)。
就整个整个空间而言，屏近的地方散斑小，屏远的地方散斑大。
散斑的形成2 散斑的形成条件形成散斑必须满足以下两个条件：被照射表面为粗糙表面，以产生散射光。
为使散射光均匀，粗糙表面的深度大于波长。
照射光有足够的相干性，常用激光产生激光散斑。
认识到散斑不可避免，且是种一种不可多得的随机编码手段，用其对平滑表面进行随机编码与检测。
散斑本身携带了粗糙表面的相关信息。
二散斑的大小 1客观散斑的大小相干光照明时, 粗糙表面上各面元散射光波之间干涉, 直接在空间域内形成颗粒状结构，这种散斑为客观散斑(直接散斑)。
实验二 剪切散斑干涉
实验二 剪切散斑干涉
Pb10005083 刘波
实验目的
1. 熟悉剪切散斑干涉的基本光路。
2. 掌握剪切散斑干涉的基本原理。
3. 掌握应用剪切散斑干涉测量离面位移技术。
实验光路
实验原理：
剪切干涉是利用被测波面和将它沿空间某一方向错位的波面相干涉，比较波面相邻部分的差异。
Ua=U ，Ub=U+ΔU ，Ka=Kb=K.
条纹方程为，ΔU*K=m λ。
若再受载荷的薄平板试件上建立笛卡尔而坐标系，其O-xy 平面为试件平面，剪切方向为x 方向。
上述条纹方程变为：
Δw*Kz=m λ，即 X
W
∂∂*Kz =m λ
实验结果：
思考题：
1.条纹解释。
由公式可知，ΔU*K=mλ。
条纹为位移增量在灵敏度矢量方向的等值线，反映了沿剪切方向位移导数的分布信息。
2.剪切光路的优点。
剪切散斑干涉特别是用于检测离面位移导数。
通过检测离面位移导数的异常分布，剪切散斑干涉在无损检测方面发挥了很重要的作用。
3.调研其他可实现剪切散斑的方案，选一种方案，给出光路图并简要说明实验原理。
较成功的是用光楔。
典型光路如图。
在摄像机接收平面上的一点（x，y）接收的光波来自于[-(x+τ)/M,-y/M],[-(x-τ)/M,-y/M].。
在物体变形前后各曝光一次，就可得到错位散斑干涉图。
此时；Ua=U，Ub=U+ΔU，Ka=Kb=K.
则，ΔU*K=mλ。
电子散斑干涉试验讲义
电子散斑干涉实验讲义（电子散斑干涉术测离面位移）1．引言电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。
2．实验目的了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。
对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。
3．基本原理图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。
B 分光镜M:反射镜L1:扩束镜 L2: 成像透镜图 1。
电子散斑干涉术（ESPI ）光路图物光的光强分布为：)(ex p )()(r r u r U o o o Φ= (1)其中)(0r u 是光波的振幅，)(0r Φ是经物体漫射后的物体光波的相位。
参考光的光强分布为：)(ex p )()(r r u r U R R R Φ= (2)物光与参考光在CCD 靶面上汇合形成光强)(r I 为：)cos(2)(22R o R o R o u u u u r I φφ-++= (3)当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅)(r u o 基本不变，而位相)(r o φ将改变为)()(r r o φφ∆-，即[])()(ex p )('r r r u U o o O φφ∆-= (4)其中ΔФ（r ）为由于物体变形产生的相位变化。
变形前后的参考光波维持不变。
这样，变形后的合成光强)('r I 为：[])(cos 2)(22'r u u u u r I R o R o R o φφφ∆--++= (5)对变形前后的两个光强进行相减处理：)()('r I r I I -=＝[][])cos(2)(cos 22222R o R o R o R o R o R o u u u u r u u u u φφφφφ-++-∆--++ ＝2)(sin 2)()(sin 4r r u u R o R o ϕϕφφ∆⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆-- (6)由式(6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆--2)()(sin r R o ϕφφ的低频条纹2)(sin r ϕ∆。
电子散斑干涉实验报告
电子散斑干涉实验报告
一、实验目的
本实验旨在探究电子散斑干涉现象及其相关原理，并通过实际操作和测量数据来验证此理论。
二、实验设备
1.电子枪
2.电子束衍射仪
3.光学平台
4.数值计算软件
三、实验步骤
1.调整电子枪产生的电子束的方向和亮度。
2.在电子束衍射仪的屏幕上观察电子散斑现象。
3.将屏幕移动至不同位置，记录不同位置的散斑图样。
4.利用数值计算软件进行模拟，预测不同位置的散斑图样。
5.将实际测量值与预测值进行比对，分析误差。
四、实验结果
通过本实验，我们成功观察到了电子散斑干涉现象，并记录了不同位置的图样。
随后，我们利用数值计算软件进行模拟，得到了预测值，并将实测值与预测值进行比对。
实验数据表明，预测值与实测值非常接近，验证了此理论的正确性。
五、实验结论
本实验通过实际操作和测量数据，验证了电子散斑干涉理论的正确性。
同时，我们还了解了电子散斑干涉的相关原理和实验方法，这有助于深化我们对该理论的认识和使用。
六、实验注意事项
1.操作前需仔细了解实验原理和方法，确保操作正确。
2.实验过程中需注意对设备的保护，避免人为损坏。
3.需要记录正确的实验数据，并及时进行分析和比对。
4.实验后要彻底清洗设备和工作台，保持实验环境整洁。
七、参考文献
1.杨振宁等.理论物理学——量子力学[M].上海科学技术出版社,1994.
2.赵九章,等.计算光学[M].高等教育出版社,2006.
3.陈增强.物理实验指导[M].浙江大学出版社,2006.。
散斑干涉实验
散斑干涉实验光信息科学与技术08级3班 组别：B17一、实验目的1、了解散斑的性质及特点。
2、掌握散斑和离面散斑的测试方法。
二、实验原理1、散斑的形成当相干光照射一个粗糙物体的表面（或通过透明的粗糙面）时，在物体表面前的空间，可得到一种无规律分布且明暗相间的颗粒状光斑，称为散斑。
要形成散斑且散斑质量较好必须具备以下条件：（1）有能发生散射光的粗糙表面；（2）粗糙表面深度须大于入射光波长；（3）入射光线的相干度要足够高，如使用激光。
图1、散斑图像散斑携带了散射面的丰富信息，可以通过散斑的性质来推测物体表面的性质。
由于这种办法的无损、快速等诸多优点，它被广泛应用于工业控制的缺陷检测、医学的光活检等领域，且受到越来越多的关注2、散斑的大小散斑颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，颗粒尺寸的严格定义是两相邻亮斑间距离的统计平均值。
此值由产生散斑的激光波长及粗糙表面圆型照明区域对该散斑的孔径角'u 决定：散斑平均半径=<v σ>='0.6/sin u λ (1)上式说明散斑的大小粗略对应于散射光的干涉条纹间距。
散斑的形状与照明区域的形状有关，若照明区域增大则散斑变小。
上面所讲的散斑是由粗糙表面的散射光干涉而直接形成的，称为直接散斑(如图2所示)。
若经过一个光学系统，在它的像平面上形成的散斑，称为成像散斑，亦称主观散斑（如图3所示）。
图2、客观散斑的形成 图3、主观散斑原理图成像平面上P 点的散斑直径v σ，决定于透镜出射光瞳对P 点的孔径角'u ，即<v σ>='0.6/sin u λ=0.6/NA λ=1.2（1+M ）F λ （2）其中NA 为透镜的数值孔径，M 是透镜的放大率。
主观散斑是物面上的散斑图像成像所得，这个物方散斑图的平均直径用<S>表示：<S>='0.6/M*sin u 0.6/M*NA λλ= （3）3、散斑的光强分布正常散斑图是杂乱无章的随机散斑图，其强度分布为负指数概率密度函数。
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数字散斑干涉法测量横梁的面内位移
摘要：运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。
数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
关键词：数字散斑干涉法，面内位移，散斑图。
20世纪70年代采用光电子器件（摄像机）代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上，由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹，这种方法称为电子散斑干涉法。
进入20世纪80年代，随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展，散斑计量技术进入了数字化时代，出现了数字散斑干涉法。
数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。
目前，数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。
另外，随着计算机技术，光电子技术与图像处理技术的发展，出现了数字散斑相关技术。
同时，基于散斑计量技术，还出现了粒子图像测速技术。
数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量（也称为光学散斑计量）相同，差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗过程。
另外，传统散斑计量只能采用相加模式，因此必须进行滤波处理，以便消除直流分量从而显现干涉条纹。
而数字散斑计量由于采用CCD 记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中，也可以存储在不同的帧存中，因此数字散斑计量除了可以采用相加模式，还可以采用相减模式或相关模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量，建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。
总之，该技术在航空航天、轮机工程、土木电子及生物医学等领域的测试中有非常重要的地位。
1、实验目的
采用数字散斑干涉技术和相移干涉技术测量物体的残余变形分布，通过相位解展开技术获取残余变形场的连续相位分布。
加深对散斑干涉的感性认识，学会使用数字散斑计量技术对散斑干涉进行分析以及位移的计算。
2、实验设备和器具
3、数字散斑干涉法的基本原理
当相干光照射到引起漫反射的物体表面时，物体个部位所发出的次波在物体表面的前方相干而形成大量的明暗的斑点，叫做散斑。
散斑的空间结构只决定了照射的光源以及被照射物体的表面结构。
由于散斑和所照射的表面存在着固定的关系，我们在物体位移前后分别将散斑记录在一张照相底板上，底板上的复合散斑图即反映了物体表面各点位移的变化，通过适当处理可以将这种位移信息显露出来而加以测量。
数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。
数字散斑计量由于采用CCD 记录数字散斑图，不需要进行显影和定影等冲洗处理，并且记录的物体变形前后的散斑图可以存储在同一帧存中，也可以存在不同帧存中。
因此数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式或相关模式。
面内位移数字散斑照相系统如图1所示，激光照射待测物体，用CCD 相机记录数字散斑图，数字散斑图传输到计算机进行图像处理。
两平行的相干光束对称的照到被测物体表面，她仅对x 轴方向的面内位移敏感，能消除离面位移的影响。
为说明情况，取对称光路的一半
设试点p 沿坐标轴产生的位移分别为U,V,W 对于图1所示光路系统有
]sin )cos 1([2θθλπ
φU W ++=∆ (6)
其中，λ是所用激光的波长，θ是照明光与物体表面法线的夹角，W 是物体变形的离面位移，U 是物体变形的面内方向位移。
在一般情况下，照明角较小，cos θ≈1，sin θ≈0，所以
λπφW
4=∆ (7)
由（5）式可知，当φ∆=2n π＋π/2时，n=0，±1，±2，…时，I T 为极大值,即为亮条纹。
此时相邻的两条条纹之间所对应的离面位移W=λ/4。
对于双光束照明条件下（测量面内位移）的物体变形与光波位相之间的关系，可以将一束光看成物光，另一束光为参考光，如图2类似。
因此，式（6）也可以用来表示变形与相位之间的关系，但是由于变形对二束光的相位都有影响，所以合成的相位差与位移的关系为
U U W )(sin 4)]sin (sin )cos (cos [2θλπ
θθθθλπ
φ=-+-=∆
4、实验步骤
a、打开激光器开关，调节仪器光路，使两束光使其均匀照射到测试样品上且相重合；
b、开机登陆，启动测试软件iDOS；
c、进入测试区界面后，点击“→”图样，开始实验。
再单击“—”图标，实现物体变形前后两幅数字散斑图相减。
d、调节镜头焦距和光圈，使物体能够清晰成像；。