激光散斑测量实验目的:本实验介绍单光束散斑技术的基本概念,并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移.实验原理1.激光散斑的基本概念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2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。由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈，而散斑的大小要根据光路情况来决定。散斑场按光路分为两种，一种散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑），另一种是由透镜成象形成的（也称主观散斑）。2.激光散斑光强分布的相关函数的概念如图3所示激光高斯光束（参见附录1）投射在毛玻璃上(,),在一定距离处放置的观察屏(x,y)上的形成的散斑的光强分布为Ｉ(x,y)。（1）自相关函数1图2激光散斑的产生(图中为透射式，也可以是反射式的情形)ZX1X0Z假设观察面任意两点上的散斑光强分布为Ｉ(x1,y1)，Ｉ(x2,y2)，我们定义光强分布的自相关函数为：G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1)Ｉ(x2,y2)〉(1)其中Ｉ(x1,y1)表示观察面上任一点Q1的光强，Ｉ(x2,y2)表示观察面上另一点Q2上的光强，〈〉表示求统计平均值。根据光学知识我们知道：（x，y）=U（x，y）U（x，y）(2)式中U(x,y)表示光场的复振幅。当玻璃板表面足够粗糙（毛玻璃）时,根据散斑统计学的理论我们可以得到如下的公式：G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1)〉〈Ｉ(x2,y2)〉+〈U(x1,y1)U(x2,y2)〉2(3)=〈Ｉ〉2[1+(x1,y1；x2,y2）]式中(x1,y1；x2,y2）=〈U(x1,y1)U(x2,y2)〉2〈Ｉ〉2称做复相干系数。由于激光器出射的光斑为高斯分布的（参见附录1），根据衍射理论可推出其复相干系数为：(x1,y1；x2,y2)=exp（－（ｘ2＋ｙ2）S2）(4)式中ｘ=（x2-x1），ｙ=（y2-y1），（3）式化为：G（x，y）=〈Ｉ〉2[1+exp（－（ｘ2＋ｙ2）S2）](5)进行归一化处理，可以得到归一化的自相关函数为：2其中S的意义即代表散斑的平均半径。这是一个以1为底的高斯分布函数。从附录2中可以知道S与激光高斯光斑半径W（在毛玻璃上的光斑）的关系...
