散斑干涉实验.doc.doc

1/ 6 散斑干涉实验实验者:杨亿斌(06325107) 合作者:吴聪(06325096) (中山大学物理系,光信息科学与技术 06级3 班) 2009 年3月31日一、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?>=' / sin u ?(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?,决定于透镜出射光瞳对 P 点的孔径角'u ,即<v?>=' / sin u ?= / NA ?= ( 1+M )F?(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>= ' / M*sin u / M*NA ? ??(3) 2/ 6 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。概率最大的强度趋于零,即黑散斑比其他强度的散斑都多。若把来自同一光源的均匀亮度的参考光束加到散斑场上参考光方向必须沿形成散斑的光束方向, 该参考光会影响散斑的大小与强度分布。当引入较强的参考光时由于产生主干涉现象,干涉条纹间隔加倍,散斑直径也加倍。 4 、离面位移(形变)的散斑测量设A 1、A 2 分别是被测场 M1 与参考面 M2 产生的散斑场在 P 点上的振幅。 P 点合成振幅为 A 1+A 2,强度取决于 A 1、A 2 的位相。当物体 M1 位移(或变形)后,若位相差的改变为 2?,4?, ……相应的程差改变为?,2?, ……,变形前后的散斑场强度一致,称为相关。若程差改变为?/2,3?/2, ……,亮散斑变为黑散斑,称为不相关。将变形前后的图像拍下来,对两幅散斑图像进行相减,可得相关位移信息。 5、 RMS 值和 pv值面型是光学制造中的重要精度指标之一,简单来说是表面不平整度。面型的两个参数 PV 和 RMS 值, PV 是表示表面的最高处与最低处的差值, RMS 值是表面高低的平均值。 max min P