实验评分表1.迟交实验报告满一次，当次实验成绩扣5分，满两次扣10分.以此类(-40分)推,40分封顶.扣(20分)2.预习得分(40分)3.操作得分等级标准得分（在相应栏目中打优前1/3完成，且数据正确35~40实验态度好，动手能力和团队协作能力好良30~35前1/3-2/3完成，且数据正确实验态度良，动手能力和团队协作能力良中25~30前2/3-3/3完成，且数据正确实验态度中，动手能力和团队协作能力中差实验态度差,动手能力和团队协作能力差。态度0~25极不认真，损坏贵重设备等。其他做实验时，无预习报告者，当次实验成绩扣10-10分4.实验报告得分(40分)教师批阅意见：（在相应栏目中打√）口缺部分内容口缺计算过程口计算错误数据处理(20分)口缺测量结果表示口缺单位口图上数据不清晰口图上缺少数据口图的比例不合理口图表有误口未用坐标纸画图口数据未处理数据有偏差口误差太大口全缺口缺部分内容口回答太简单口回思考题(10分)答不切题误差分析与实验口全缺口不够认真口不够具体小结(10 分)实验成绩评定：教师签字：日年月
实验评分表 1.迟交实验报告满一次,当次实验成绩扣 5 分,满两次扣 10 分.以此类 推,40 分封顶.扣 （-40 分） 2.预习得分 （20 分） 3.操作得分 （40 分） 等级 标准 得分(在相应栏目 中打) 优 前 1/3 完成，且数据正确 实验态度好,动手能力和团队协作能力好 35~40 良 前 1/3-2/3 完成，且数据正确 实验态度良,动手能力和团队协作能力良 30~35 中 前 2/3-3/3 完成，且数据正确 实验态度中,动手能力和团队协作能力中 25~30 差 实验态度差,动手能力和团队协作能力差。态度 极不认真，损坏贵重设备等。 0~25 其他 做实验时，无预习报告者, ,当次实验成绩扣 10 分. -10 4.实验报告得分 （40 分） 教师批阅意见：（在相应栏目中打 ） 数据处理(20 分) □ 缺部分内容 □ 缺计算过程 □ 计算错误 □ 缺测量结果表示 □ 缺单位 □ 图上数据 不清晰 □ 图上缺少数据 □ 图的比例不合理 □ 图表有误 □ 未用坐标纸画图 □ 数据未 处理 □ 数据有偏差 □ 误差太大 思考题(10 分) □ 全缺 □ 缺部分内容 □ 回答太简单 □ 回 答不切题 误差分析与实验 小结(10 分) □ 全缺 □不够认真 □不够具体 实验成绩评定： 教师签字： 年 月 日
实验2光散斑的性质及测试实验一、实验目的1.了解散斑的性质及特点2.掌握散斑的测试方法3.掌握散斑测量平面位移的基本原理4.进行面内位移的散斑测量，对散斑测量形成定性认识5.了解电子散斑干涉原理6.进行形变的散斑测量二、实验原理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（LaserSpeckles）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）。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。X1本X二ZC0Z图1光散斑的产生（图中为透射式，也可以是反射式的情形）图1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
实验 2 光散斑的性质及测试实验 一、 实验目的 1.了解散斑的性质及特点 2.掌握散斑的测试方法 3.掌握散斑测量平面位移的基本原理 4.进行面内位移的散斑测量,对散斑测量形成定性认识 5.了解电子散斑干涉原理 6.进行形变的散斑测量 二、 实验原理 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）。 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 1 光散斑的产生(图中为透射式，也可以是反射式的情形) 图 1 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，这些光虽然是相于的，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。颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，而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入及粗糙表面圆形照明区域对该散斑的孔径角U所决定，即0.62散斑平均直径=o,=sinu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，则0.6元0.60r=sinuNA在斑干涉技术中，常常应用成像散斑来进行测量。散斑的基本性质：1.散斑与均匀场的相干结合，散斑图与相应的单独散斑图分布差别不大，只是全暗光斑较少一些2.散斑与均匀场的不相干叠加，没有全暗散斑3.两个散斑场的相干相加，散斑的大小没有明显变化4.两个散斑场的非相干相加，没有全暗光斑当物体发生位移时，引起前方空间散斑场分布的变化，通过测量散斑场的变化，从而得到物体位移的相关信息。测量面内位移的原理见图1。实际测量时，以单束激光S照射物体U的表面，在物体前方空间将充满散斑，取相机靶面平行物平面的位置。当物体发生位移时，空间散斑颗粒也发生位移，则空间散斑在数字相机靶面上也同样发生位移，在电脑中分别记录下物体位移前后的空间散斑图。在位移前散斑图上，取散斑某子区，将其在位移后的数字散斑图上进行相关搜索，由相关系数的最大值求出位移值
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。 颗粒的大小，可用它的平均直径来表示，而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λ 及粗糙表面圆形照明区域对 该散斑的孔径角 u’所决定，即 散斑平均直径 = 𝜎𝑟 = 0.6𝜆 𝑠𝑖𝑛𝑢′ 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，则 𝜎𝑟 = 0.6𝜆 𝑠𝑖𝑛𝑢′ = 0.6𝜆 𝑁𝐴 在斑干涉技术中，常常应用成像散斑来进行测量。 散斑的基本性质： 1．散斑与均匀场的相干结合，散斑图与相应的单独散斑图分布差别不大， 只是全暗光斑较少一些 2．散斑与均匀场的不相干叠加，没有全暗散斑 3． 两个散斑场的相干相加，散斑的大小没有明显变化 4．两个散斑场的非相干相加，没有全暗光斑 当物体发生位移时，引起前方空间散斑场分布的变化，通过测量散斑场的 变化，从而得 到物体位移的相关信息。测量面内位移的原理见图 1。实际测量 时，以单束激光 S 照射物体 U 的表面，在物体前方空间将充满散斑，取相机靶 面平行物平面的位置。当物体发生位移时，空间散斑颗粒也发生位移，则空间散 斑在数字相机靶面上也同样发生位移，在电脑中分别记录下物体位移前后的空间 散斑图。在位移前散斑图上，取散斑某子区，将其在位移后的数字散斑图上进行 相关搜索，由相关系数的最大值求出位移值
SUiPP1P图2散斑面内位移测量原理图测量形变的原理见图3。M1是被测面，反射后的激光为物光，M2是参考面，反射后的激光为参考光。物光和参考光在像面PP，上形成散斑干涉图。BoB1M被测面（粗糙面）激光M2PP1图3形变测量原理图物光的光强分布为：(1)U.(r)= u (r)expdΦ,(r)其中u.(r)是光波的振幅，Φ(r)是经物体漫射后的物体光波的相位。参考光的光强分布为：(2)Ur(r)=ur(r)expD,(r)物光与参考光在CCD靶面上汇合形成光强I(r）为：(3)I(r)=u+ue +2uurcos(p。-pr)
图 2 散斑面内位移测量原理图 测量形变的原理见图 3。M1 是被测面，反射后的激光为物光，M2 是参考面， 反射后的激光为参考光。物光和参考光在像面 PP1上形成散斑干涉图。 图 3 形变测量原理图 物光的光强分布为： (1) 其中 是光波的振幅， 是经物体漫射后的物体光波的相位。 参考光的光强分布为： (2) 物光与参考光在 CCD 靶面上汇合形成光强 为： (3) U (r) u (r)exp (r) o o o ( ) 0 u r ( ) 0 r UR (r) = uR (r)expFR (r) I(r) ( ) 2 cos( ) 2 2 uo uR uouR o R I r
当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅u。(r)基本不变，而位相中(r)将改变为。(r)-A(r)，即(4)U。= u。(r)exp[g。(r)-Ap(r)其中△Φ（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I(r)为：(5)I' (r)= u。 +ur + 2u.ur cos[g。-Φr -Ag(r)]对变形前后的两个光强进行相减处理：I=1' (r)- I(r)=u +ur + 2u.ur cos[g。-Φr -△p(r)]-[u。 +ur +2u.ur cos(g。-Φr)]= 41,ux sn[(0 -0n) - g sin ((6)212由式（6)可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项sin (0。-0n)-A0(n的低频条纹sin α)。该低频条纹取决于物体变形引起22的光波相位改变。这个光波相位变化与物体变形关系从光波传播的理论可以推导出来，即有：=[d(1+cos )+d sino](7)其中是所用激光波长，θ是照明光与物体表面法线的夹角，d,是物体变形的离面位移，d，是物体变形的面内方向位移。为了使光路对离面位移敏感，应该使照明角θ比较小，即cosθ~1,sinθ~0，则由（7）式可以得到：4元d(8)Ap=元有(6)式可知，在暗条纹处，(9)Ap= 2k元由（8)式和（9）式可得到：d=ka(10)2即暗条纹处的离面位移是半波长的整数倍。三、实验器材光电实验平台、电脑四、实验光路图
当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅 基本不变，而位相 将改变为 ，即 (4) 其中Δ Ф （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 为： (5) 对变形前后的两个光强进行相减处理： = = (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 的低频条纹 。该低频条纹取决于物体变形引起 的光波相位改变。 这个光波相位变化与物体变形关系从光波传播的理论可以推导出来，即有： (7) 其中 是所用激光波长， 是照明光与物体表面法线的夹角， 是物体变 形的离面位移， 是物体变形的面内方向位移。 为了使光路对离面位移敏感，应该使照明角 比较小，即 ， 则由（7）式可以得到： (8) 有(6)式可知，在暗条纹处， (9) 由(8)式和（9）式可得到： （10） 即暗条纹处的离面位移是半波长的整数倍。 三、 实验器材 光电实验平台、电脑 四、 实验光路图 u (r) o (r) o (r) (r) o ( )exp ( ) ( ) ' U u r r r O o o ( ) ' I r ( ) 2 cos ( ) ' 2 2 I r u u u u r o R o R o R ( ) ( ) ' I I r I r 2 cos ( ) 2 cos( ) 2 2 2 2 o R o R o R uo uR uouR o R u u u u r 2 ( ) sin 2 ( ) 4 sin ( ) r r uouR o R 2 ( ) sin ( ) r o R 2 ( ) sin r (1 cos ) sin 2 d1 d2 1 d 2 d cos 1,sin 0 1 4 d 2k 2 1 k d