【半导光电】激光散斑是怎么产生的？看完就会有收获！

来源:今日光电发布时间:2023-03-152964浏览

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激光散斑是如何产生的？相信这篇内容能够让您有收获，欢迎大家积极学习。

散斑最初是由于全息照相时的产生的噪声而被人们发现的，之后一直被当作一种希望被消除的噪声来加以研究。直到1966年Ennos的实验，人们才发现散斑可以作为一种信息的载体，而如何利用散斑进行测量已成为研究的重点。散斑开始应用于无损检测中，散斑干涉测量方法也随之发展起来。在一般的研究和应用中，不需要过多的考虑激光散斑的偏振状态。

然而，科技的发展以及工业的需求，要求我们对激光散斑理论的应用有足够的研究。因此，进一步深入研究偏振激光散斑的理论和应用是十分有必要的。

散斑是当用激光照射到粗糙物体表面时，其所产生的散射光传播方向各不相同，并且在空间上相互干涉，从而导致这些干涉后的光的分布是杂乱随机的，这些杂乱随机的光在观察屏上就会形成一些无序的点和暗点，请见下图，为激光散斑。

散斑起源的直观解释是散斑的产生可以看作是若干个独立、复杂分量组成的信号。这些复杂分量是由振幅和相位组成，其分别对应随机长度和随机方向。或者他们本身具有明确的随机方向和随机长度，当这些复杂分量叠加在一起时就形成了一个被称为“随机游走”的和。这个和或许增大或许减小，主要取决于各分量的相对相位。由于散斑形成的本质就是若干个干涉叠加形成的，因此会形成相长干涉或者相消干涉。我们通常说的波的“强度”就是指光场的平方，即：随机长度的平方。如下图所描述，其中（a）为相长叠加（b）为相消叠加。

在图示的两种情况中，长度和方向都是随机的，并且没有一个单独的因素在求和中占主导地位。最终的复数和用粗箭头表示。

对于精细的光学层面而言，日常较光滑的物体的表面也是非常粗糙的，可以视为由无规律分布的大量面元组成。利用相干对这样的粗糙表面照射时，每个面元可以都可以看成一个衍射单元，所以所有衍射单元的集合可以等价看作是随机无序分布的“位相光栅”。

根据干涉理论可知，无论是透射或者反射，只要经过这些衍射单元，在空间相遇就会产生干涉效应，这是无法避免的，正是因为这些现象，才使粗糙表面各个不同位置的干涉产生无序变化，最后形成了无序分布的颗粒状结构的衍射图样。

如下图所示，光场通过自由空间传播条件下的散斑。

如果通过物体表面的光线再经历一个光学成像系统，由成像系统一般模型得知，每个成像系统都可以视为一个衍射受限系统，因此光线将在同一像点处叠加产生干涉，从而形成散斑现象。

如下图所示，光场通过成像系统后形成的散斑。

由散斑产生的原因可知，对散斑现象起决定性的因素主要是光场的相干性和散射介质的特性。

散射介质不同或入射光源相干性不同，所产生的散斑特性也就不同。基于这两个影响因素，我们就可以将散斑划分为不同种类。

另外，根据光场的传播方式不同，也可以把散斑分为像散斑、远场散斑、近场散斑。其中远场散斑对应夫琅禾费衍射，近场散斑对应于菲涅尔衍射。这种分类对于研究自由传播系统和成像系统十分有利。

根据观测条件不同，散斑可以分为两类：主观散斑和客观散斑。主观散斑指的是像面散斑，而客观散斑是自由传播形成的夫琅禾费散斑和菲涅尔散斑形成的。由于客观散斑的成像特性，人们往往研究客观散斑较多。

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