文档介绍：激光散斑及其应用
（凝聚态物理北京师范大学）
[摘要]相干光射到粗糙表面上时，由于散射单元的分布完全任意，导致散射光到空间各点的位相差随机分布，因此干涉图样随机分布，形成激光散斑。本实验通过设计光路，观察到激光散斑的图像；并且移动被测激光散斑及其应用
（凝聚态物理北京师范大学）
[摘要]相干光射到粗糙表面上时，由于散射单元的分布完全任意，导致散射光到空间各点的位相差随机分布，因此干涉图样随机分布，形成激光散斑。本实验通过设计光路，观察到激光散斑的图像；并且移动被测物体，在干板上产生散斑对，即微小杨氏双缝，通过设计读出光路，观察到干涉图样，根据干涉条纹间距计算物体的微小位移，得到的误差不超过5%。
实验原理
激光散斑的形成
一束激光照射到一粗糙表面上，如毛玻璃，在毛玻璃后面放一屏幕。仔细观察屏幕，会发现屏幕上的光强不是均匀分布的，而极多的毫无规律的随机分布的斑点。当毛玻璃移动时，这些随机分布的斑点会发生变化。这些随机分布的斑点就是激光散斑。它是怎样形成的呢？
我们知道，激光具有极好的相干性，而一个粗糙表面可以看成是许多彼此独立的散射单元。当一束相干的光射到这些散射单元上时，每个散射单元都有散射光到达空间一点P，这些光彼此间有一定的位相差，因而在P点发生干涉。同样在空间个点都会发生散射光的干涉。由于粗糙表面上散射单元的分布是完全任意的，因此，散射光到空间个点的位相差是随机分布的，干涉图样也是随机分布的，极大与极小的分布毫无规律，这就形成了激光散斑。这种散斑是全空间分布的，非定域的，故称为空间散斑。
图1 空间散斑的形成
图2 象面散斑的形成
还有另一种形成的散斑。如果一粗糙表面经过透镜成像，则物面上的每一个点在象面上都有一个相应的扩展函数。物面上相邻若干点在象面上对应的扩展函数彼此发生重迭，即物面上相邻的若干个点发出的光在象面上一个小区域内重迭。这些彼此重迭的光之间有一定的位相差，在象面上产生干涉。由于这个位相差是随机分布的，因此象面上的干涉图样也是随机的。这样形成的上那边叫象面散斑。象面散斑是定域的干涉（如图2）。
由上面的叙述可知，如果透镜的分辨率极高，物点的扩展函数成为函数，则若干相邻物点的象不发生重迭，因此就不能形成散斑。这是象面散斑与空间散斑的区别之一。
由于散斑分布是随机的，其分布规律的严格讨论要用统计理论，这里不作详细叙述。如果希望深入了解，可以参阅J. C. Dainty编写的《激光斑纹及有关现象》和M. Francon编写的《Laser Speckle and Application in Optics》。
详细的讨论可以得到散斑有一平均直径，L如图1，图2所示。对于空间散斑D是粗糙表面被照部分的直径，对于象面散斑D是透镜出瞳的直径。
散斑对的干涉现象及应用
由于激光散斑的存在，在全息照相及许多全息技术中，都会出现由散斑所产生的“噪声”，给我们带来不好的影响。因此消除散斑的影响是一个很重要的问题。然而，散斑在某些方面也得到了应用。本实验中我们不讨论消除散斑的问题，而只介绍散斑的两个应用。
测量微小位移
在被测物体上固定一块照相干板，激光射到粗糙表面后再照射干板，曝光一次，则干板上记录下一个散斑分布，设此散斑分布为。然后使被测物体做一微小位移，再做一次等时曝光，底片上又记录下一个散斑分布。由于位