激光散斑
激光散斑的基本概念
激光散斑的基本概念
嘿，咱今天就来说说激光散斑这玩意儿哈。
有一次啊，我去一个科技馆玩。
在一个展厅里，我看到一束激光照在一个屏幕上，上面出现了好多奇怪的斑点。
我就好奇呀，这是啥玩意儿呢？旁边的讲解员就跟我解释，这就是激光散斑。
激光散斑呢，简单来说就是当激光照在一个粗糙的表面上的时候，反射回来的光会形成一种看起来乱七八糟的斑点图案。
就好像你拿手电筒照在一块粗糙的石头上，也会看到一些光斑，不过激光散斑可比那个复杂多了。
我就盯着那个屏幕上的激光散斑看，越看越觉得神奇。
那些斑点有的大，有的小，有的亮，有的暗，看起来毫无规律。
讲解员说，其实激光散斑里面蕴含着很多信息呢。
比如说可以通过分析激光散斑的图案来了解物体的表面形状、运动状态啥的。
我就想起来，有一次我看到电视上介绍一种高科技的测量仪器，好像就是利用激光散斑来测量物体的变形。
比如说一座大桥，要是有一点点变形，通过激光散斑就能检测出来。
哇，这也太厉害了吧。
激光散斑在很多领域都有应用呢。
比如说在医学上，可以用激光散斑来观察血液的流动情况。
在工业上，可以用它来检测材料的质量。
反正就是用处挺多的。
我在科技馆里看了好久的激光散斑，心里一直在想，这小小的斑点居然有这么大的作用。
真是不看不知道，一看吓一跳啊。
总之啊，激光散斑就是一种由激光照在粗糙表面上形成的奇怪斑点图案。
虽然看起来乱七八糟的，但是里面却蕴含着很多有用的信息。
嘿嘿，就这么着吧。
激光散斑
总结
通过对激光散斑的强度统计分布和平均尺寸的研究为以后
激光电视等器件中光学系统的设计提出了一定的要求，同 时为激光显示中散斑的消除奠定了基础，同时也为利用激 光散斑测量表面微位移以及其他应用奠定了理论基础。
2、激光散斑的统计规律
激光散斑的测量装置图
激光散斑图样
2.1、散斑的强度统计分布研究
1、利用Matlab进行数据处理：
灰度直方图
• 激光散斑的光强大致服从负指数分布规律。
2、理论推导光强的几率密度函数
基本理论假设：将毛玻璃上各点 源认为是具有独立相位的复分量 的“随机行走”，其中振幅为复 高斯变量，相位是在（-π，π）区 间上的均匀分布。 推导得光强的几率密度函数为：
I I exp I 0 2 PI I PI , I , d 2 2 2 0 其他
随机行走
因此，激光散斑的光强服从负指数统计规律。 通过对比，实验结果和理论推导相一致。
2.2、散斑的平均尺寸研究
• 1、相关法计算激光散斑平均尺寸
z（cm） 17.3 108.29 21.0 124.95 25.0 133.28 33.0 208.25 36.6 224.91
116.62
111.30
133.28
135.10
166.60
160.84
216.58
212.31
224.的对比，实验结果和理论结果在误差允许 的范围内相一致。
主要内容
简介 散斑的强度统计分布 散斑的平均尺寸 总结
1、激光散斑的简介
散斑是光源 发出的光被 随机介质散 射在空间形 成的一种斑 纹。
1730年， 牛顿已经注 意到“恒星 闪烁而行星 不闪烁”
激光散斑测量
实验 激光散斑测量散斑现象普遍存在于光学成象的过程中，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。
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，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）。
在本实验中我们只研究前一种情况。
当单色激图1 CCD 经计算机采集的散斑图象光穿过具有粗糙表面的玻璃板，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。
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：
激光投影散斑的原理消除方法
激光投影散斑的原理消除方法
散斑的原理主要涉及两个方面：干涉和散射。
干涉是指光线在不同空间位置相遇并发生干涉现象。
当激光光束照射
到表面时，光线会与表面的不均匀性相互干涉，产生明暗相间的干涉条纹。
这些干涉条纹表现为亮暗相间的斑点，即散斑。
散射是指入射光线在表面上发生多次反射、折射和散射后形成的新纯
散射光线。
当光线照射到粗糙的表面时，表面的微小不均匀性会使光线发
生散射，产生各向异性的光斑分布。
这些散射光线与光束的主要传播方向
垂直，导致光斑扩散。
消除激光投影散斑的方法主要包括以下几种：
1.采用均匀光源：利用面积光源或光纤光源作为激光投影的光源，可
以有效减小激光光束的空间相干性，降低散斑产生的程度。
2.使用光学元件：在激光投影光路中添加一些光学元件（如衍射光栅、透镜、滤波器等），可以调制光线的传播方向和相位，减小散射和干涉对
散斑的影响。
3.表面处理：改变被照射物体的表面形状和光学特性，例如镀膜、研磨、抛光等，可以减少散射和干涉效应，降低散斑的产生。
4.图像处理：通过图像处理的方法，如滤波、聚焦等，可以减小散斑
对投影图像的影响，提高图像的清晰度和质量。
5.高斯光束：将光源转换成高斯光束，可以减小激光光束的相干性，
使散斑的能量分布更加均匀，降低干涉和散射的影响。
总之，对于激光投影散斑问题，需要综合应用光学技术、图像处理技术和表面处理技术等手段，综合考虑物体表面特性、光源特性和光学系统特性，从不同方面进行改进和优化，以达到最佳的散斑抑制效果。
激光散斑原理
激光散斑原理
激光散斑是激光束经过衍射或散射后形成的光强分布图案。
激光散斑的形成可以通过以下原理来解释：
1.衍射原理：
激光经过一个孔径较小的光阑或经过不规则的光学表面时，光波会受到衍射现象的影响。
衍射会导致光的波前传播方向改变，并在远离衍射点的区域形成干涉图案，即散斑。
散斑的形状和分布取决于光阑或光学表面的形态和光波的特性。
2.光学散射原理：
当激光束遇到材料的不均匀性或微小的表面不规则性时，光会在散射点上以多个方向散射。
这种散射过程会导致光波相位的变化，并在远离散射点的区域形成散斑。
散射介质的粒子大小、形状和分布会影响散斑的形态和分布。
3.光波干涉原理：
激光的相干性使得光波之间可以发生干涉现象。
当激光束经过光学元件或传播过程中受到扰动时，不同部分的光波会发生干涉，形成干涉图案。
这种干涉图案就是散斑。
干涉图案的形态和分布取决于光波的相位差和相干长度。
激光散斑的特点是具有明暗相间的分布，并且呈现出一定的尺寸和形状。
散斑的尺寸与激光束的波长、光学系统的参数和干涉或衍射引起的相位差等因素有关。
在实际应用中，激光散斑可用于评估光学系统的质量、检测光学表面的粗糙度、进行干涉测量和光学成像等。
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PPT课件
.
3
激光散斑的特性
经透镜成像形成的散斑为主观散斑 在自由空间传播形成的散斑是客观散斑
散斑的大小、位移及运动是有规律的，它可以反映激光照明 区域内物体及传播介质的物理性质和动态变化。
随机过程，统计方法研究散斑的强度分布、对比度和大小分 布等
.
4
激光散斑应用
激光散斑测量技术具有光路简单、成本低以
.
)2
(
w 012
)2
12
f
f
电荷耦合器—CCD
CCD是Charge-coupled devices的缩写
CCD的空间分辨率与每个象元的 mA/W 尺寸和间距以及传输过程有关，本
实验中大约为14微米。
暗电流（主要由热产生）
很高的光电灵敏度，（CCD器件
必须避免强光照射。同学们在每次
采样完毕后应及时合上光窗或挡住
实验中采集的散斑图
毛玻璃横向移动
.
19
自相关函数 ---单个散斑图的统计特性
振幅矢量：
Uk
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
U Uk
光场的复振幅：
N
N
U(x, y,z) Uk
k1
k1
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
光强值：
.
20
I(x,y)U (x,y)U *(x,y)
测量心脏的心动图。利用主观散斑的运动规律对人眼进行主观
验光
5. 天文学测量中的应用：利用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动
的影响获得高分辨率的图像
.
激光散斑血流成像原理
激光散斑血流成像原理激光散斑血流成像（Laser Speckle Imaging，LSI）是一种用于无创、实时监测和成像生物组织血流动力学的技术。
下面将详细介绍激光散斑血流成像的原理。
1.激光散斑现象：当一束激光照射到光滑表面上时，由于表面微小不均匀性引起的散斑现象会产生。
这是由于光波在不同的相位干涉导致的光强分布不均匀，形成了明暗相间的斑纹。
2.血流对散斑的影响：当散斑照射到组织或器官上时，组织中的血液流动会引起散斑的变化。
血液的运动会导致光程差的变化，进而改变了干涉的情况，使得散斑图案发生了变化。
3.散斑血流成像原理：激光散斑血流成像利用了血液流动对散斑图案的影响。
当组织内的血液流动较慢时，干涉效应较强，散斑图案中的高频成分较多，使得散斑图案呈现出较大的空间变化。
而当血液流动较快时，干涉效应减弱，散斑图案中的高频成分减少，使得散斑图案呈现出较小的空间变化。
4.图像获取和分析：在激光散斑血流成像中，使用CCD相机或CMOS相机捕捉散斑图案，并将其转换为数字图像。
然后，通过对图像进行处理和分析，可以得到血流速度和血流量等相关参数。
5.应用领域：激光散斑血流成像已广泛应用于生物医学研究、临床诊断和药物开发等领域。
它可以提供非侵入性、实时和定量的血流信息，有助于了解血流动力学在生理和病理过程中的作用。
总结起来，激光散斑血流成像利用散斑现象和血液流动对散斑的影响，通过图像采集和分析，实现对生物组织血流动力学的实时监测和成像。
这一技术在医学和生命科学领域具有广泛的应用前景，为研究血流动力学提供了重要工具和手段。
希望以上内容对你理解激光散斑血流成像的原理有所帮助！。
激光散斑及应用
激光散斑及应用激光散斑是激光束经过传播介质产生的一种光强分布模式。
由于激光是相干光，因此具有高度的方向性和单色性。
然而，在经过传播介质后，激光光束会受到介质中的不均匀性引起的散射效应，使得激光束的光强分布变得非均匀，这就形成了激光散斑。
激光散斑分析一直是激光技术研究和应用中的重要内容之一。
激光散斑的特性可以提供很多信息，对于评估激光器的功率、方向性、相位失配等有着重要的意义。
此外，激光散斑的形态和光强分布也与传播介质的性质密切相关，因此可以通过分析激光散斑来研究和评估介质的质量、形态、变形等。
激光散斑可以通过很多方法进行观察和分析。
最简单的方法是使用肉眼直接观察，通过观察激光散斑的形态、大小、亮暗程度等，可以大致评估激光束的质量。
然而，肉眼观察存在主观性和定性分析的缺点，因此更常用的方法是使用激光散斑分析仪器。
激光散斑分析仪器可以用于定量测量散斑的强度分布、尺寸、形态、相位等参数，并且能够将这些参数与理论模型进行比较和分析，从而得到更准确和客观的评估结果。
激光散斑的应用非常广泛。
一方面，激光散斑的分析可以用于评估激光器的性能和质量。
例如，通过分析激光散斑的大小和形态，可以判断激光器的束径和准直性是否达到要求；通过分析散斑的亮暗程度，可以评估激光器的均匀性和功率稳定性等。
这对于激光器的研发、制造和使用都具有重要的意义。
另一方面，激光散斑的特性也可以用于其他领域的研究和应用。
例如，激光散斑分析可以用于研究传播介质的性质和变形。
通过观察散斑的形态和变化，可以揭示介质的内部结构和形态的变化，例如液滴的蒸发、气泡的形成等。
此外，激光散斑还可以用于光学成像和光学信息处理等领域。
通过激光散斑的干涉和衍射效应，可以实现光场的调制、变换和合成，从而实现一些高级的光学功能。
总之，激光散斑是激光技术中的重要内容之一。
通过对激光散斑的观察和分析，可以评估激光器的质量和性能，研究介质的性质和变形，以及实现光学信息处理和成像等功能。
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。
激光散斑测量技术与应用研究
激光散斑测量技术与应用研究引言激光散斑测量技术是一种基于散斑现象的非接触式测量技术，通过激光照射目标物体表面，利用散斑的特性来获取目标物体表面形貌或者表面变形的信息。
该技术具有测量精度高、测量速度快、适用范围广等优点，在科学研究、工业制造、生物医学等领域具有广泛的应用前景。
散斑现象介绍散斑是指当一束平行光线经过不规则表面或者光束传播介质中的不均匀区域时，由于光的散射而形成的频率和强度的空间变化。
散斑现象的形成原理主要包括两个因素：绕射和干涉效应。
绕射是光线在不规则表面或光束传播介质变化的区域上发生偏折；干涉是不同光线在某一点重新叠加时产生的干涉效应。
通过观察和分析散斑现象，可以获得物体表面形貌、表面变形等信息。
激光散斑测量原理激光散斑测量技术是利用激光的单色性、相干性和定向性，通过激光的投影和散射来实现对目标物体表面形貌或表面变形的测量。
基本的激光散斑测量原理包括以下几个步骤：1.激光照射：将激光照射到目标物体表面，产生散斑现象。
2.散斑记录：使用相机或者其他散斑记录装置记录散斑图像。
3.散斑分析：对散斑图像进行分析，提取目标物体表面形貌或者表面变形的信息。
激光散斑测量技术的应用1. 表面形貌测量激光散斑测量技术可以应用于表面形貌的测量。
通过记录激光照射到目标物体表面的散斑图像，利用散斑图像的信息可以还原出目标物体表面的形貌信息。
这对于制造行业的工件检测、光学元件的表面质量检验等方面具有重要的应用意义。
2. 表面变形测量激光散斑测量技术可以应用于表面变形的测量。
通过记录目标物体在受力或变形作用下的散斑图像，可以分析散斑图像的变化，从而获取目标物体的表面变形信息。
这对于工程结构的应力分析、材料力学性能的研究等方面具有很大的意义。
3. 物体运动测量激光散斑测量技术还可以应用于物体运动的测量。
通过记录目标物体运动过程中的散斑图像，可以利用散斑图像的相位信息提取出物体的运动参数，如速度、加速度等。
这对于机器人导航、运动追踪等领域具有广泛的应用前景。
激光散斑成像原理
激光散斑原理总结激光散斑：激光在散射体表面的漫反射或通过一个透明散射体（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，这种斑点称为激光散斑（Laser Speckles）。
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，可以认识到散斑的强度分布、对比度和散斑运动规律等特点。
最重要的特点就是，这种散斑具有高度的随机性，而且随着距离的不同会出现不同的图案，也就是说，在同一空间中任何两个地方的散斑图案都不相同。
只要在空间中打上这样的结构光然后加以记忆就让整个空间都像是被做了标记，然后把一个物体放入这个空间后只需要从物体的散斑图案变化就可以知道这个物体的具体位置。
应用：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。
激光在成像领域极具潜力。
但“光斑”问题却一直困扰着人们：当传统激光器被用于成像时，由于高空间相干性，会产生大量随机的斑点或颗粒状的图案，严重影响成像效果。
一种能够避免这种失真的方法是使用LED光源。
但问题是，对高速成像而言，LED光源的亮度并不够。
结构光：首先将结构光投射至物体表面，再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案，由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形，故可以试图通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息。
普通的结构光方法仍然是部分采用了三角测距原理的深度计算。
与结构光法不同的是，Light Coding的光源称为“激光散斑”，是激光照射到粗糙物体或穿透毛玻璃后随机形成的衍射斑点。
这些散斑具有高度的随机性，而且会随着距离的不同而变换图案。
也就是说空间中任意两处的散斑图案都是不同的。
只要在空间中打上这样的结构光，整个空间就都被做了标记，把一个物体放进这个空间，只要看看物体上面的散斑图案，就可以知道这个物体在什么位置了。
激光散斑技术在光学系统中的应用
激光散斑技术在光学系统中的应用光学系统是指利用光学原理设计、制造和应用各种光学元件和系统的技术领域。
光学系统在工业、医学、军事等领域具有广泛的应用，以其高效、精确、可靠等特点，得到了人们的广泛青睐。
而激光散斑技术则是光学系统在测量、检测、成像等方面的重要手段之一。
本文将从激光散斑技术在光学系统中的基本原理、应用范围以及发展趋势等方面进行探讨。
一、基本原理激光散斑技术是指利用激光束通过一定的装置形成呈锥状散射的光斑，通过观察光斑在空间中的形态及其变化，对材料的表面形态和微观结构等进行测量和分析的技术。
其基本原理是激光束照射到物体表面，深度位移不同的表面反射的光强度不同，在背景上形成一张干涉图像，然后通过计算机进行图像处理，提取出物体表面的形态信息。
二、应用范围激光散斑技术在光学系统中的应用非常广泛，下面我们分别阐述一些典型的应用领域。
1.表面形态测量激光散斑技术可以用来测量各种工件的表面形态，比如机械零件、半导体器件、光学元件等。
通过测量这些物体的表面形态，不仅可以检测其制造过程中的缺陷和误差，而且还可以为后续的加工和质量检测提供依据。
2.微观结构分析激光散斑技术可以实现对微观结构的非接触式、快速、精确的测量和分析。
比如可以用激光散斑技术对微型机械系统（MEMS）中的零件进行形状、表面粗糙度等参数的测量。
这对于研究微观加工技术和制造质量的提高有着重要的意义。
3.成像技术激光散斑技术也可以用来进行成像。
在工业生产中，激光散斑成像技术可以用来对微型器件进行三维重建，分析其内部结构；在医学领域，激光散斑成像技术可以用来对眼底、心脏等内部结构进行无创成像，具有很大的潜力。
三、发展趋势随着科学技术的不断发展和进步，激光散斑技术也在不断完善和更新，其发展趋势主要有以下几个方面：1.提高测量精度目前，激光散斑技术已经可以实现亚微米量级的表面形态测量，但是在一些高精度领域，比如半导体器件的制造和MEMS制造等，还有很大的提升空间。
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。
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A
14
实验仪器
He-Ne激光器（632.8 nm）
实验平台及其光学附件（偏振器、全反射镜、凸透 镜、毛玻璃）
CCD、计算机
直尺
A
15
激光散斑的实验原理图
2W0 O0
X1 2W1 毛玻璃
O1
X2 O2 CCD
P1
散斑统计半径理论公式：
P2
S P2 W ( P1 )
散斑平移量△X与毛玻璃的 平移量d0之间的关系 式：
实验中采集的散斑图
毛玻璃横向移动
A
19
自相关函数 ---单个散斑图的统计特性
振幅矢量：
Uk
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
光场的复振幅：
U Uk
N
N
U(x, y,z) Uk
k1
k1
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
光强值：
A
20
I(x,y)U (x,y)U *(x,y)
及调试操作方便等优点
1. 力学、建筑工程和机械设计方面的应用：利用散斑位移和
散斑干涉图测量物体表面的形变和裂纹、损伤和应力分布
2. 在工业生产中的应用：利用对激光散斑的动态测量法测量生产
线上工件及产品的移动速度
3. 在燃烧学和热物理中的应用：利用激光散斑照相技术测量火焰
的结构和温度场的温度分布
4. 在医学研究中的应用：非侵入的测量皮肤下的微循环的速度。
三级物理实验
激光散斑 Laser speckles
A
1
内容简介
引言 激光散斑现象与其特点 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
A
2
激光散斑概念
激光散斑（Laser speckles) 概念：当一束光照射到具有漫反射特性的粗糙
表面上时，在反射光的空间中用观察屏 去接受光总可以看到一些斑点，这就是 激光散斑现象
光工作物质。诸如氖、氩、CO2、红宝石及钕玻璃等。必须具备有 亚稳态能级性质的物质。
2．激励装置 能使激活介质发生粒子数反转分布的能源，既称为激
励装置。如各种激光器所具备的电源。
3．光学谐振腔能使光子在其中重复振荡并多次被放大的一种由硬质
玻璃制成的谐振腔。产生激光的过程可归纳为：激励→激活介质
（即工作物质）粒子数反转；被激励后的工作物质中偶然发出的自
I I0
W0 0.135I0
u ( x , y , z ) A exp[ ik ( x y ) ] q(z)
i
q(z) R (z) w (z)
A
9
高斯光束的传播公式
高斯光束过程中光束轮廓为绕Z轴旋转的双曲面
(z)
z (1
z
2 0
)
z2
z0
w
2 0
w 2(z)
w
2 0
(1
z2
z
2 0
A
3
激光散斑的特性
经透镜成像形成的散斑为主观散斑 在自由空间传播形成的散斑是客观散斑
散斑的大小、位移及运动是有规律的，它可以反映激光照明 区域内物体及传播介质的物理性质和动态变化。
随机过程，统计方法研究散斑的强度分布、对比度和大小分 布等
A
4
激光散斑应用
激光散斑测量技术具有光路简单、成本低以
A
)2
(
w 012
)2
12
f
f
电荷耦合器—CCD
CCD是Charge-coupled devices的缩写
CCD的空间分辨率与每个象元的 mA/W 尺寸和间距以及传输过程有关，本
实验中大约为14微米。
暗电流（主要由热产生）
很高的光电灵敏度，（CCD器件
必须避免强光照射。同学们在每次
采样完毕后应及时合上光窗或挡住
S2
)
复相干系数
（x2, y2) （x1, y1)
A
21
实验g公(Δ 式x：,Δy)=α+βexp-(Δx2S+2Δy2)
散斑的统计半径：
自相关函数的高斯分布图 A
S= λP2 π W 22
互相关函数 ---两个散斑图的相互关系
I (x1,y1)
I' (x2,y2)
毛玻璃横向移动 微小平移量d0
发辐射→其它粒子的受激辐射→光子放大→光子振荡及光子放大→
激光产生。
A
6
高斯光束的形成
以实验室常用的氦氖激光器为例说明： 波长为632.8nm（3.39 m、 1.15 m）
A
7
激光器出射的高斯光束
d
2W0
d=250mm ，=0.0006328mm ，w0=0.2244mm
w0
(d
1
)2
A
8
高斯光束的复振幅表达式
X
A
d0
1
P2
(P1)
16
实验中的光路参数
2w
2w01 He-Ne
2w02
CCD
d2
d1 P1
P2
A
17
激光散斑的实验装置图
He-Ne激光器 632.8 nm
偏振器 凸透镜 L
毛玻璃
CCD
全反射镜
d1 P1
P2
d2
CCD像元尺寸为 256x256 像A 元（1像元=14 微米）
计算机
18
光强分布的互相关函数定义为：
G c x 1 ,y 1 ;x 2 ,y 2 = < I ( x 1 ,y 1 ) I ( x 2 ,y 2 ) >
A
23
G c(Δ x ,Δ y )=< I> 2 1 + ex p - Δ x + d [1 S + 2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2ρ (P 1)] 2 •ex p - Δ y + d [1 S + 2P 2ρ (P 1)] 2
测量心脏的心动图。利用主观散斑的运动规律对人眼进行主观
验光
5. 天文学测量中的应用：利用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动
的影响获得高分辨率的图像
A
5
6. 利用散斑进行光学图像处理：例如图像相减等
激光的产生
激光的产生，必须有激光器，而激光器必须具备三个主要的组成部分。
1．激活物质 即被激励后能发生粒子数反转的工作物质，也称做激
)
A
10
高斯光束特性图解
w0=0.2244mm
z
准直距离
z0=2w02 /
=499.99 mm
R(z)为在z处波面曲率半径
A
11
高斯光束经透镜后的变换
2W0
1
2W0
2
d1
d2
a (1 d 1 ) 2 ( w 012 ) 2
f
f
d2
f
f
d1 a
w 02 2
w 012 a
(1
w 012
d1
光）。
400
光谱响应度
1050 波长/nm
A
13
实验目的 单光束散斑技术
测量散斑的统计半径（通过计算散斑场各点光强的自相关函数
并拟合求出）
S= λP2
πW
测量散斑的位移（通过计算两个散斑场各点光强的互相关函数 并拟合求出）
Δx=
dx
(1+
P2 ρ(P1)
)
由以上两式求出照在毛玻璃上光斑的大小以及透镜的焦点的大 小，毛玻璃的实际位移量等。
光强分布的自相关函数定义：
G (x 1 ,y 1 ;x 2 ,y 2 )= < I(x 1 ,y 1 )I(x 2 ,y 2 )>
单个散斑的自相关函数为：
其中：
G(Δx,Δy)=<I>21+exp(-Δx2S +2Δy2)
x x1 x2 y y1 y2
理论公式：
Δx2+Δy2
g(Δx,Δy)=1+exp-(