仪器科学与光电工程学院
仪器光电综合实验实验
报告
变形衍射测量及散斑测量实验
2012/5/23
实验一变形的全场衍射测量
一、 实验目的：
用光衍射方法测量全场的变形
二、 实验原理：
当激光衍射不仅发生在一点上，而发生在被激光照明的狭缝全长上，就可测定全长上的变形量，因此，激光衍射是一种有效的全场测量。
变形的衍射全场测量是一种设备简单，技术可靠的方法，其原理如图所示。
当柱体试样没有承载受力时，衍射条纹是近于平行的直线，当加载后，得到反映柱体变形的二
维衍射条纹。
测量条纹的形变就获得精密的一个截面上的变形量，转动试样并作连续记录就可测定试件的三维变形。
因此，可以快速精密测量直线性、平行度、表面平整度等各种计量指标。
三、 实验步骤：
按照图示安排光路并调整：
Figure 2系统光路
调整步骤： 1、 激光不扩束；
2、 移入移动反射镜4，并在玻璃棒架上装上玻璃棒，将试件夹19换成全场衍射试件。
3、 将分光镜14转90º,然后使得光通过定向孔11后对准玻璃棒,
这时可以看出通
Figure 1变形衍射参考图
过玻璃棒以后的光变成了一条竖直均匀的光(通过调节达到该效果)。
4、调节平面镜12、13和分光镜14，使得上一步骤调出的竖直光均匀的射到全
场衍射试件的狭缝中（稍微偏下侧的橡皮处）。
5、调节透镜20、全场衍射试件及分光镜14使得光射到CCD23上，然后锁定CCD。
6、调节全场衍射试件上的螺旋测微器，观察图象。
四、实验结果及思考题回答：
1、实测未加压前衍射效果图：
Figure 3实测衍射效果
2、实测未加压前不同高度处横截面灰度值分布曲线：
Figure 4纵轴坐标1
Figure 5纵轴坐标2
Figure 6纵轴坐标3
Figure 7纵轴坐标4
实测实验数据：
表格1实测条纹宽度实验数据
对比加压前后的条纹宽度数据可以看到，加压后条纹宽度比加压前宽，相当于实验中狭缝变窄，衍射现象更加明显，该实测数据符合理论预期。
课后思考题：
1、本方法可应用于哪些科研和生产场合，有什么优点？
答：具体应用如工件表面的变形测量；材料力学实验中，材料受压变形以后形变的测量等。
具有微米量级的非接触尺寸测量特点，可以测量被侧物整个表面的变形量，测量精度高，数据处理量小，故相对速度较快，光路有一定复杂性，但相对其他高精度激光测试方法而言，光路相对简单。
2、本方法在应用上的限制是什么？
答：由于设备中用到大量光学仪器，故对实验设备的机械结构及稳定性都有较高的要求，需要在具有一定稳定度的平台上使用；
对光路调整精度要求较高，比如通过玻璃棒后的光，其光强分布应尽量均匀，从而才能获得较好的衍射效果；
3、被测量表面的粗糙度有什么影响，如何排除此影响？
答：表面粗糙度会对实际衍射效果造成较大影响，并影响测量得到的灰度分布曲
线，最终影响测量数据的准确性
数据端处理：结合数字图像处理技术，对用CCD采集到的图像，使用数字图像输出的方法，如低通滤波并锐化，或者低通滤波后进行边缘提取，滤去由表面粗糙引起的高频量，获得清晰的轮廓。
实验二光散斑的性质及测试方法
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：
当一束激光射到物体的粗糙表面上时，在粗糙表面前面的空间将布满明暗相同的亮斑与暗斑，这些亮斑与暗斑的分布是杂乱的，故称为散斑（Speckle）。
借助于散斑不仅可研究粗糙表面本身，而且还可以研究它的形状与位置变化。
因此，把获取这些信息的各种实验技术称为散斑技术。
散斑是相干照明时，粗糙表面各个面积元上散射光波之间干涉在空间域内形成的颗粒状结构。
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
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
在散斑干涉技术中，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、实验步骤：
按照图示安排光路并调整：
Figure 8光路图
调整步骤：
1、将扩束用10×物镜换成20×物镜扩束；
2、观察相关或非相关散斑场叠加现象，先做表格中序号1所代表实验，以调试光路（步骤
3～6），并将钢片的散斑场叠加；
3、将透镜21移近透镜20，组成组合透镜；
4、移动可调光阑22至组合透镜的焦面上，滤波；
5、移动CCD23，使散斑图中标志图案清晰，锁定23（23距离透镜20即为像距ν，试件18
距离透镜20即为物距μ，μ、ν及组合透镜的焦距f满足高斯公式时成像最清晰）；
6、调节22，控制散斑大小，记录计算机屏上现象；
7、旋转偏振片，使干涉图样明暗对比度增加，记录现象；
8、切换试片，记录现象；
四、实验结果及思考题回答：
实际衍射效果截图：
Figure 9不挡光
对比两臂各分别挡光的条件下，某个位置分别为亮点，而该位置在两臂不挡光的条件下干涉
相消，在图上找出满足该条件的区域。
Figure 10只挡一臂光
在挡去一臂的情况下，找到亮点（区域），该区域在另一臂挡光的条件下依然为亮点，但两臂挡光时为暗点。
Figure 11只挡另一臂光
在挡去一臂的情况下，找到亮点（区域），该区域在另一臂挡光的条件下依然为亮点，但两臂挡光时为暗点。