《光学测试技术》实验指导书 深圳大学光电工程学院 2016年12月
《光学测试技术》实验指导书 深圳大学光电工程学院 2016 年 12 月
目录 实验一光散斑的性质及测试实验… …1 实验二面内位移的散斑测量实验 4 实验三物体形变的散斑测量实验 6 实验四激光干涉精密测量实验 9 实验五激光衍射计量技术实验… .12 实验六巴俾特原理及细丝直径测量实验… .15 实验七激光共焦三维测量实验…17 实验八光学傅里叶变换及图像处理方法实验 20
目录 实验一 光散斑的性质及测试实验 ............................................................................ 1 实验二 面内位移的散斑测量实验 ............................................................................ 4 实验三 物体形变的散斑测量实验 ............................................................................ 6 实验四 激光干涉精密测量实验................................................................................ 9 实验五 激光衍射计量技术实验.............................................................................. 12 实验六 巴俾特原理及细丝直径测量实验............................................................... 15 实验七 激光共焦三维测量实验.............................................................................. 17 实验八 光学傅里叶变换及图像处理方法实验 ....................................................... 20
实验一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 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。 X 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 1
1 实验一 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 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 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 4=3、06d = 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 三、实验器材 光电实验平台、电脑 四、 实验光路图 0 光做 CMOS引机 a-激光器，b-衰减片，c-反射镜，d-显微物镜，e-准直透镜，f-可变光阑， g-分光棱镜，k-衰减片，i,j-反射机构 五、实验步骤 1.开机，激光器a通电，待光强稳定： 2.按实验光路图布置好光路，扩束激光： 3.在反射机构i,上安装反射镜： 2
2 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 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 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 三、 实验器材 光电实验平台、电脑 四、 实验光路图 a-激光器，b-衰减片，c-反射镜，d-显微物镜，e-准直透镜，f-可变光阑， g-分光棱镜，k-衰减片，i,j-反射机构 五、 实验步骤 1. 开机，激光器 a 通电，待光强稳定； 2. 按实验光路图布置好光路，扩束激光； 3. 在反射机构 i,上安装反射镜；
4.调节反射机构及分光棱镜，使得激光照射进数字相机0： 5.运行实验软件，选择实验一，点击“采集”，使得数字相机工作，移动数字 相机O,使散斑图案清晰： 6.更换反射机构i上的反射器件（反射镜，铜片，铝片)，观察散斑图案，并 保存记录： 材质 散斑图 铜片散斑图 铝片散斑图 3
3 4. 调节反射机构及分光棱镜，使得激光照射进数字相机 o； 5. 运行实验软件，选择实验一，点击“采集”，使得数字相机工作，移动数字 相机 o，使散斑图案清晰； 6. 更换反射机构 i 上的反射器件（反射镜，铜片，铝片），观察散斑图案，并 保存记录； 材质 散斑图 铜片散斑图 铝片散斑图