电子散斑干涉技术的原理与使用ppt课件
激光散斑实验〖精品课件〗
• 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。
• 在医学研究中的应用:非侵入的测量皮肤下微循环的速度。测量心脏 的心动图。利用主观散斑的运动规律对人眼的进行主观验光。
• 天文学测量中的应用:利用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动的影响 获得高分辨的图象。
• 利用散斑进行光学图象处理:例如图象相减等。
He-Ne Laser
透镜 毛玻璃
客
观
散 斑
CCD
场
PC
激光的产生
激光工作物质被激活(光、电能等)后产生粒子数反转,发 生受激辐射,能使光得到放大。光在由两片高反射率的 镜片和激活物质组成的谐振腔之间多次的反射形成激 光输出。
高斯光束的形成
以实验室常用的氦氖激光器为例说明: 波长为632.8nm(3.39m、 1.15m)
• 散斑的大小、位移及运动是有规律的,它可以 反映激光照明区内物体及传播介质的物理性 质和动态变化。
激光散斑的现象应用
• 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。
• 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 Fra bibliotek及产品的移动速度。
gC
(x,
y)
1
exp{
(x
d
x
[1 P2 S2
/
(P1)]}exp{
y
d
y
[1 P2 S2
/
(P1)]}
x dx (1 P2 / (P1))
gc
x
实验相关函数的计算
• 利用CCD和采集卡(10moons)得到的是BMP格式的图象 文件,调用程序可以将BMP图象文件转化为两维的数据 文件,也就是得到了CCD面阵所在的这一面积上的光强 的值I(i, j)(i,j=1,2…,N0) 。利用这些值就可以计算散斑 场的归一化样本自相关函数和互相关函数。这些由计 算机完成。
实验一 双光束散斑干涉
实验一双光束散斑干涉Pb10005083 刘波实验目的：1.熟悉双光束散斑干涉的基本光路。
2.掌握双光束散斑干涉的基本原理。
3.掌握应用双光束散斑干涉测量面内位移。
实验原理：所谓双光束散斑干涉技术是指利用双光束干涉所形成的散斑场来进行干涉计量的技术。
这种双光束干涉散斑可能由两个散斑场相干形成，也可能由一个散斑场与一个均匀光场相干形成。
干涉散斑场的细节分布，不仅与物表面的随机起伏（即粗糙程度）有关，还与两束光波之间的位相差有关。
如果两束光波之间的位相差发生变化，则干涉散斑场将发生非相关的变化，即变得细节分布不相同。
但如果位相差变化量刚好为2p的整数倍，则散斑场又变成原样，即与原散斑场相关。
在位移测量中，由于物表面各点位移不同，也就会造成两束光波间位相差的改变量不同。
有些地方散斑场变得与原散斑场不相关，而有些地方则保持相关。
这种保持与原散斑场细节分布相同的点的轨迹称相关条纹。
双光束散斑干涉技术，通过检测相关条纹来测量位移场。
双光束散斑干涉技术，可以用来测量面内位移，也可以用来测量离面位移。
其测量灵敏度比单光束散斑干涉技术高一个量级，与全息干涉技术的测量灵敏度相同。
但双光束散斑干涉技术要求位移量小于一个散斑大小。
面内位移的测量方法光路图如上图，该方法所得散斑场是两束相干光照明同一漫射物体形成的两套散斑场相干叠加的结果。
对于对称入射光路，Ua=Ub=(u,v,w)Ka=(sinθ,0,cosθ)Kb=(-sinθ,0,cosθ)该方法测量面内位移的相关条纹是：相关条文方程为面内位移眼照明平面分量的等值线，其灵敏的为λ/（2sinθ）. 实验结果：实验结果分析：双光束散斑用于测量面内位移，图中条纹为面内位移x分量的等值线。
当双光束并不完全对称时，设其分别为θ1，θ2，则公式中2sinθ应用sinθ1+sinθ2代替。
尽管如此，若CCD镜头并不垂直于试样，而是平分双光束与试件构成的三角形的顶角，则任然可用2sinθ精确计算。
电子散斑干涉实验报告
电子散斑干涉实验报告电子散斑干涉实验报告引言：电子散斑干涉实验是一种经典的物理实验，通过电子的干涉现象展示了波粒二象性的特性。
本实验旨在通过观察电子的干涉图案，深入了解电子的波动性质，并探讨干涉现象的原理。
实验器材与原理：本实验所需的器材包括电子枪、狭缝、屏幕和电子探测器。
电子枪通过电子的发射，产生电子束；狭缝用于调节电子束的宽度和方向；屏幕用于接收电子束，并观察干涉图案；电子探测器用于测量电子的强度。
实验过程：首先，将电子枪与电子探测器连接，将电子枪的电压调至适当的值，以确保电子能够发射。
然后，将狭缝放置在电子枪和屏幕之间的适当位置，并逐渐调节狭缝的宽度，观察屏幕上的干涉图案的变化。
最后，使用电子探测器测量不同位置的电子强度，并记录下来。
实验结果与讨论：在实验中，我们观察到了明暗相间的干涉条纹，这些条纹是由电子的波动性质引起的。
当电子通过狭缝时，它们会发生衍射，形成一系列的圆环状干涉条纹。
这是因为电子的波长与狭缝的大小相当，导致电子在经过狭缝后发生干涉。
通过调节狭缝的宽度，我们可以观察到干涉图案的变化。
当狭缝较宽时，干涉条纹较模糊，圆环状的条纹不太明显。
而当狭缝较窄时，干涉条纹变得更加清晰，圆环状的条纹更加明显。
这是因为狭缝的宽度决定了电子波束的展宽程度，狭缝越窄，电子波束的展宽越小，干涉条纹就越清晰。
此外，我们还测量了不同位置的电子强度。
我们发现，在干涉条纹的暗纹处，电子强度较低；而在干涉条纹的亮纹处，电子强度较高。
这进一步验证了干涉现象的存在。
结论：通过电子散斑干涉实验，我们深入了解了电子的波动性质和干涉现象的原理。
实验结果表明，电子具有波粒二象性，可以通过狭缝发生衍射和干涉。
干涉条纹的形成与狭缝的宽度有关，狭缝越窄，干涉条纹越清晰。
此外，干涉条纹的亮暗变化也与电子的强度分布有关。
通过本实验的探索，我们对电子的性质有了更深入的了解，并且对光学干涉现象也有了更深刻的认识。
这对于进一步研究电子的行为和开展相关应用具有重要意义。
电子双缝干涉PPT课件
薛定谔的猫
• 现在，我们再来看看那只著名的小猫。
• 如果用退相干的观点 来解释，得到的结论 就变的更加令人信服。
退相干的猫态
薛定谔方程不仅仅应该应用与量子体系，还 应该应用于与之相关的量子环境。不仅被观测体 系是量子的，测量仪器也应该被当成量子体系。 这个合成体系的波函数是测量装置不同经典 状态对应的量子态的叠加。将环境作为第三个量 子体系考虑进来，并与测量装置相互作用。作为 结果，相位的随机化过程很快发生，量子叠加态 很快退化为以经典概率为权重的不同可能结果的 求和。
作者的话
诚如之前所说的，引入退相干之 后，似乎并没有对理论做太大的修正， 也不会对世界观的构建造成什么翻天 覆地的影响。但是…
这也许正是我们想要的。如果重新梳理 一下思路，就会发现，量子力学的理论已 经可以作为解释这个世界行为的第一性原 理。而其之所以与我们所认识的世界格格 不入，是由于环境带来的“退相干”使得 物质之间的相互影响被消除了，才使得所 谓的粒子性被我们所见。
电子双缝干涉
电子的双缝干涉实验波粒Fra bibliotek象性屏上记录了有 限个较少的电 子时，显示出 电子的粒子性 。
随着电子数 的增多，电 子的波动性 就渐渐显现 出来了。
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宏观的量子之殇
然而在宏观世界里，我们是很难感觉到 物质的干涉行为。粒子性似乎成为这个世 界的绝对主流表现。但电子的干涉又是在 实验中观察到的。为什么我们在日常生活 中看不到物质的波动性？
谢谢观赏
费米的疑问
• 早在50 年代初期,费 米和盖尔曼在芝加哥 大学共事时,费米就经 常问盖尔曼,既然量子 力学是正确的,为什么 火星不从它的轨道上 向外散开?
散斑干涉实验
数字散斑干涉法测量横梁的面内位移摘要：运用数字散斑干涉法研究横梁的面内位移。
数字散斑计量采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
数字散斑计量除了可以采用相加模式外，还可以采用相减模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
关键词：数字散斑干涉法，面内位移，散斑图。
20世纪70年代采用光电子器件（摄像机）代替全息地底片记录散斑图并存储在磁带上，由摄像机输入的物体变形后的散斑图通过电子处理方法不断与磁带中存储的物体变形前的散斑图进行比较后显示器上显示散斑干涉条纹，这种方法称为电子散斑干涉法。
进入20世纪80年代，随着计算机技术、电荷耦和器件和数字图像处理技术的快速发展，散斑计量技术进入了数字化时代，出现了数字散斑干涉法。
数字散斑干涉法把物体变形前后的散斑图通过采样和量化变成数字图像，通过数字图像处理再现干涉条纹或相位分布。
目前，数字散斑干涉已经取代了电子散斑干涉法。
另外，随着计算机技术，光电子技术与图像处理技术的发展，出现了数字散斑相关技术。
同时，基于散斑计量技术，还出现了粒子图像测速技术。
数字散斑计量的基本原理与传统散斑计量（也称为光学散斑计量）相同，差别主要表现在传统散斑计量由于采用全息底片记录散斑图，因此需要进行显影和定影等冲洗过程。
另外，传统散斑计量只能采用相加模式，因此必须进行滤波处理，以便消除直流分量从而显现干涉条纹。
而数字散斑计量由于采用CCD记录数字散斑图，因此不需要进行显影和定影等冲洗处理。
另外通过CCD记录的物体变形前后的数字散斑图可以存储咋同一帧存中，也可以存储在不同的帧存中，因此数字散斑计量除了可以采用相加模式，还可以采用相减模式或相关模式。
采用相减模式不需要进行滤波处理即可显现干涉条纹。
目前该技术可进行变形、振型、形状、温度分布和无损检测等方面的测量，建筑物现场监测、复合材料的无损检测、焊缝质量检测、表面粗糙度检测等方面的研究都有过详细的报道。
激光散斑PPT课件
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3
激光散斑的特性
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
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。
随机过程，统计方法研究散斑的强度分布、对比度和大小分 布等
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4
激光散斑应用
激光散斑测量技术具有光路简单、成本低以
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)2
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w 012
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12
f
f
电荷耦合器—CCD
CCD是Charge-coupled devices的缩写
CCD的空间分辨率与每个象元的 mA/W 尺寸和间距以及传输过程有关，本
实验中大约为14微米。
暗电流（主要由热产生）
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
实验中采集的散斑图
毛玻璃横向移动
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自相关函数 ---单个散斑图的统计特性
振幅矢量：
Uk
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
U Uk
光场的复振幅：
N
N
U(x, y,z) Uk
k1
k1
1 N
k
(x,
y,
z)expik
(x,
y,
z)
光强值：
.
20
I(x,y)U (x,y)U *(x,y)
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：利用星体斑纹干涉术可以克服大气扰动
的影响获得高分辨率的图像
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激光散斑检测中剪切散斑干涉术和相移ESPI技术介绍讲解
在激光散斑应用于无损检测领域过程中，出现了剪切散斑干涉和相移ＥＳＰＩ两种技术，本文将就两种技术进行介绍并比较其在应用过程中的差异。
１、剪切散斑干涉技术：
１．１剪切散斑干涉的原理
电子剪切散斑干涉技术能直接测定位移的微分，对于应变非常有利。其基本原理是一般散斑干涉测量和剪切机理的结合，其装置是在一般散斑干涉测量光路的透镜前加上错位元件一剪切镜，通过不同的剪切元件，形成剪切散斑。其光路如图１所示，由激光器发出的激光经扩束镜照射在具有漫反射的物体上时，漫反射的光线通过剪切镜将产生偏折，在像平面上产生两个错位的像。它们在像平面上互相干涉，形成散斑干涉图像。该图像通过透镜由ＣＣＤ经图像卡采集到计算机中，并对变形前后的两幅散斑图像做相减模式处理，在计算机显示屏上即可实时显示物体变形信息的散斑条纹图。
电子剪切散斑干涉技术时间相移法在金属梁微小位移测量中的应用分析
参考位相纹 图， 得到三幅或三幅 以上的条纹光强分 布 图， 联立方程 即可解出全场的位相分布Ｂ 。
挠度分布规律产生连续的离面位移， 它的位移分布 理论解为【 国 ：
由于相移步数与步长的任意性， 可用多种算法
图三 （）包裹 位相 图 ａ
ｒ
ｌＣ ： Ｄ摄像 头 ２变 焦镜头 ３ Ｃ ． ．时间相移机构 ４ ． 空
间相移机构 ５ ． 剪切棱镜 ６ ． 金属梁 ７ ． 激光器． 扩束镜 ８
图三 （） 包裹 位相 图 ｂ解
图一 实验 装置 图 由其位 相 图 即可得 到 以金属 梁 固定端 中心 为原 电 子剪切 散斑干 涉技术时 问相移 法在金 属梁 微小 位移测 量中的 应用 分析 点的、 Ｘ 向剪切的全场位移导数场的轮廓， 沿 方 如图 ２１ ． 电子散斑干涉等步长时间四步相移法结果
在相平面上， 参物光干涉叠加形成散斑场， 其光
强为闭 ： ，） ” （ ： ２＋
。
“ ２ ＋
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ｃｓ 。 。（ 一
） （） １
当被测物体发生变形 以后， 物光 的光程将产 生
变化， 因此物光波的相位也会发生改变， 而参考光的
有效方法。本文详细介绍 电子剪切散斑干涉时间相
ｉ ａ ａ ｚｄａｄｕ ｅ ａｕｅ ｅｆ ｌ ｆ ｉ ｌｃｍｅ ｔ ｆ ｔｌ ａ． ｓ ｎ ｌ ｅ ｎ ｓｄｔ ｍｅｓｒ ｅ ｏ ｓ ａｅ ｎ ａｂ ｒ ｖ ｏ ｈ ｔ ｉ ｄ ｄｐ ｏ ｍｅ Ｋ ｙ ｒｓＥ Ｓ ＩＰ ａｅｓｉ ； ａｕｅ ｅ ｗｏｄ ：Ｓ Ｐ ； ｈ ｓ ｈｆ Ｍｅｓｒ ｔ
电 子
剪
撇