激光散斑课件.ppt
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- 激光 课件
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1、激激 光光 散散 斑斑Laser specklesLaser speckles三级物理实验三级物理实验.内容简介内容简介l引言l激光散斑现象与其特点l激光散斑的应用l散斑测量实验的内容l数据处理的方法和结论.激光散斑概念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.激光散斑的特性l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l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。l随机过程,统计方法研
2、究散斑的强度分布、对比度和大小分布等.激光散斑应用激光散斑应用激光散斑测量技术具有光路简单、成本低以激光散斑测量技术具有光路简单、成本低以及调试操作方便等优点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。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
3、纹干涉术可以克服大气扰动的影响获得高分辨率的图像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
4、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。.高斯光束的形成高斯光束的形成以实验室常用的氦氖激光器为例说明:以实验室常用的氦氖激光器为例说明:波长为波长为632.8nm(3.39 m、1.15 m).激光器出射的高斯光束激光器出射的高斯光束d=250mm,=0.0006328mm,w0=0.2244mm120()dwd2W0.高斯光束的复振幅表达式高斯光束的复振幅表达式)z(wi)z(R)z(q)z(q)yx(ikexpA)z,y,x(u0.135I0I0IW0.高斯光束的传播公式高斯光束的传播公式高斯光束过程中光束轮廓为绕高斯光束过程中光束轮廓为绕Z轴旋转的双曲面轴旋转的双曲
5、面202200222020()(1)()(1)zzzzwzzwzwz.高斯光束特性图解高斯光束特性图解准直距离准直距离z0=2 w02/=499.99 mmw0=0.2244mmzR(z)为在为在z处波面曲率半径处波面曲率半径.高斯光束经透镜后的变换高斯光束经透镜后的变换d1d22W012W0222201112222010102222011(1)()(1)()wdafffddfawwwwdaff.电荷耦合器电荷耦合器CCDCCDlCCD是Charge-coupled devices的缩写lCCD的空间分辨率与每个象元的尺寸和间距以及传输过程有关,本实验中大约为14微米。l暗电流(主要由热产生)
6、l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光)。l光谱响应度4001050mA/W波长波长/nm.实验目的实验目的 单光束散斑技术单光束散斑技术l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)l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)l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。2PS=W2x1Px=d(1+)(P).实验仪器实验仪器n He-Ne激光器(632.8 nm)n 实验平台及其光学附件(偏振器、全反射镜、凸透镜、毛玻璃)n CCD、计算机n 直尺.毛玻
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