激光散斑测量的原理及测量方法

　　激光散斑测量使用的一种方法是散斑干涉法，能够测量的位移分为面内位移和离面位移，其中面内位移即在平面内发生的位移，离面位移即垂直于平面的位移。

　　一、散斑的形成

　　使用被扩束后的平行光照射物块表面，在空间出现随机分布的亮斑和暗斑，称为散斑。散斑随铜块的变形或运动而变化。在距离物体为Z的位置散斑的纵向和横向尺寸分别为a和b，其中尺寸大小与激光波长、照明面积D和距离Z有关。在距离物体为Z处散斑纵向和横向尺寸。其中，D为照明区直径，λ为激光的波长。

　　二、测量面内位移

　　在物体形变前用ccd(类似于手机摄像头的感光芯片，一种影像采集设备)或全息干板(类似胶卷相机的底片)对散斑图像进行一次记录，当物体受载后产生位移，在原位置进行第二次记录，将两次图像相加，如果两个散斑场面内的相对位移量大于散斑的横向尺寸，则在相加后图像将形成“双孔”结构。它们和两次记录时物体表面上的两组暗点散斑相对应，这两组散斑上携带了物体的位移信息

　　用平行光照射“双孔”结构的图像，孔洞透光，其余部分不透光，小孔与小孔会形成类似杨氏干涉的条纹，条纹的间距能够反映出两幅图像上小孔的间距，小孔的间距即图像的位移。

　　三、测量离面位移

　　离面位移测量类似于迈克尔干涉仪，两束准直光束对称的照射参考平面和被测物表面，在成像平面上形成干涉条纹，设物块发生离面位移，物体表面漫反射光和参考光分别为I和II，物体表面一点A产生u向位移达到B点时，则I方向从A点到B点减少了usinθ，II光程减少了usinθ，两束光产生2usinθ，故物体上凡是u向位移满足

　　n=0,±1，±2，±3……的点，在物体变形后探测器2上散斑场对应物面B点位置的亮度，经过一个循环变化又恢复到原来亮度，在这些区域上产生相关条纹.

　　电子散斑干涉仪，用来解决漫反射表面的形变测量问题。PhaseCam ESPI动态电子散斑干涉仪，可以解决在现场环境下的表面沿轴向的一维形变测量问题，精度达到nm级，而不用考虑环境振动带来的影响。应用于大口径拼接镜的背部支撑材料的微变形测量。经典应用案例：美国JWST太空望远镜的主镜的背部碳纤维支撑结构的微变形测量。

　　电子散斑干涉仪是表面的漫反射光进入干涉仪发生干涉，干涉图样为含有干涉信息的电子散斑噪声。对两次漫反射干涉的散斑进行波面相减操作，便可提取出样品面形变化引起的相位信息。对该相位信息解析，就可以获得形变量。由于采用了动态相移技术，即使在非隔振的环境下测量，也可以实现nm级测量精度。