1、激光散斑,实验目的,了解激光散斑的基本知识。掌握用激光散斑检查人眼光焦度的原理和方法，并用该方法检查自己眼睛的视觉状态。掌握利用激光散斑测量横向微小位移的原理和方法，加深对激光散斑基本性质的理解。通过观察“散斑对”产生的杨氏干涉条纹，加深对双孔杨氏干涉理论的理解，了解散班干涉计量的基本原理。,当漫射体被激光照明时，其表面好像覆盖着一层精细的颗粒状结构，称之为散斑。 散斑现象是高度相干光源照明的结果。随着全息技术的发展，其应用范围日益扩大。但由于散斑的存在，使再现像的质量降低，从而成为全息术应用领域进一步扩大的一个严重障碍。因而人们曾花费很大力气去消除散斑。 但另一方面，自1968年布奇和托卡斯
2、基的基础性工作以来，人们开始注意到散斑的一些非常有益的应用。现在，建立在傅里叶光学基础上的散斑技术，已被广泛应用于光学图像处理，微小位移的检测，形变测量以及振动研究，表面粗糙度的测量等方面。 激光散斑通常可分为（a）空间散斑和（b）像面散斑两大类。,实验原理,空间散斑也称菲涅耳型散斑， 由于散射体G表面的结构是无规则的，每一个独立的表面面积元上的散射基元光波，对其相邻面积元的散射基元光波的位相差在-到+之间随机分布。在空间散斑场中任一点的振幅和位相是大量基元光波在该点的扰动统计求和(矢量叠加)的结果。由这些合成振幅所决定的光强在空间中的随机分布，就形成了空间散斑。如果在散射体G的正面距离z的地
3、方放置全息干版H记录散斑结构，则所记录的散斑的平均直径为：,式中 D为被照亮的散射面的直径。 如果在侧面接收，则散斑的平均长度认为：,像面散斑亦称夫琅和费型散斑，散射体G上任一面积元发射的基元光波，通过透镜后在像面上产生一个以几何像点为中心的弥散图形，其线度由点扩散函数决定。该面积元周围一定区域内的大量面积元在像面上产生的弥散图形也要在几何像点处叠加，叠加的结果决定了像点的亮度。由于各相关基元光波在像点的扰动的位相具有随机性，于是形成了像面上随机的光强分布，这就是像面散斑。像面散斑的平均直径为：,式中z1为像距， D为透镜的孔径；为横向放大率； F为 相对孔径的倒数。 当散射面位于无限远时，成
4、像面与后焦面重合：,实验内容,（一）用激光散斑检查人眼光焦度,把扩展的激光束投射到漫射屏(如毛玻璃)上，人眼在远处注视屏上产生的散斑图样，当观察者与漫射屏有相对运动时，观察到的散斑图样的运动就指示出观察者的视觉状态。,人眼是一个光学成像系统，其晶状体相当于成像透镜，视网膜相当于接收像面。若观察者的眼睛为正视眼（a），则远处散斑图上某点发出的光线进入人眼后恰好聚集在视网膜F处，当人眼向上移动时，相当于原先的光线1移到光线2的位置，光线2仍然落在视网膜F点上，结果看到的散斑图样不动。,若观察者是近视眼(b)，则其焦点在视网膜之前，光线1落在视网膜的A点上，当人眼向上移动时，散斑像从A点向上移到A点
5、。由于大脑的变倒像为正像的作用，近视眼者将感觉到散斑向下运动，即与人眼运动方向相反，简称逆动。若观察者是远视眼（c），则其焦点F在视网膜之后，当人眼向上运动时，某一散斑点在视网膜上的像从A点下移到A点，经大脑的颠倒作用后，远视眼者感觉到散班向上运动，即与入眼运动方向相同，简称顺动。可见，根据散斑图样的运动方向与人眼运动方向之关系，可以方便地检查入眼的视觉状态：散斑不动力正视眼，逆动为近视眼，顺动为远视眼。如果要确定眼睛的光焦度数，可以利用各种已知度数的镜片来矫正人眼，当观察到撤斑不动时，矫正镜片的度数即为人限的度数。,（二）用激光散斑测量横向微小位移,经准直的激光束照明散射物体G，在其后距离z
6、处放置全息干版H，曝光一次。然后将物体移动一微小的位移x0，再曝光一次。这样，在全息干版上就记录了两个强度分布完全相同的散斑图，但两者有一相对位移x0，形成大量的散斑对。将冲洗好的干版放回原位，取下物体G，用准直光束照明，在傅里叶变换镜头L的后焦面上可观察到散斑对产生的双孔杨氏干涉条纹。,设在全息干版H上散斑图的强度分布用随机函数g(x，y)表示，则位移x0后散斑图的强度分布为g(x-x0，y)。当两次曝光时间相同(均为T0)时，总曝光量：,利用函数的性质， 上式可写成卷积形式：,在线性记录条件下，显影处理后干版的振幅透射系数t（x，y）与曝光量H(x，y)成线性关系，即：,将此负片放入图（b）所示的光路中，使其位于透镜L的前焦面上，则后焦面上将得到其透射系数的频谱，即t(x，y)的傅里叶变换：,x， y是频谱面上的位置坐标，f为透镜的焦距。上式右边第项表示光源的几何像点，位于焦点上。焦平面上其它地方的光强分布I由第二项的平方决定，当忽略常数因于bT0时，有：,式中,
