消散斑LSR中斑點(diǎn)對(duì)比度的計(jì)算
激光的相干性在許多科學(xué)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用,但這種干涉過(guò)程在光學(xué)檢測(cè)器應(yīng)用來(lái)說(shuō)是一種缺點(diǎn)。在粗糙的光學(xué)表面上,例如電影屏幕,會(huì)出現(xiàn)局部的干擾,例如照相機(jī)或人眼可以觀察到顆粒狀的光斑圖案。這種光斑圖案降低了測(cè)量系統(tǒng)的分辨率,也導(dǎo)致投影圖像的噪音。圖1是斑點(diǎn)圖案和斑點(diǎn)中心測(cè)量的強(qiáng)度曲線,這種非均勻的強(qiáng)度分布對(duì)表現(xiàn)出局部飽和點(diǎn)的光檢測(cè)器造成了很大的限制,此外,這種圖案可能會(huì)干擾人眼。減少斑點(diǎn)會(huì)提高激光投影的質(zhì)量,因?yàn)槿魏伟唿c(diǎn)都會(huì)嚴(yán)重降低投影圖像的質(zhì)量。使用激光散斑衰減器可以有效的抑制斑點(diǎn)。
圖1 (a) ccd相機(jī)上的斑點(diǎn)圖案的圖像,(b)通過(guò)斑點(diǎn)中心的水平軸上測(cè)量的強(qiáng)度曲線。
斑點(diǎn)對(duì)比度
斑點(diǎn)對(duì)比度s被定義為某一區(qū)域內(nèi)強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)偏差,并以其平均值imean為標(biāo)準(zhǔn),其平均值imean,如下所示。
散斑對(duì)比度取決于0和1,其中零代表沒(méi)有斑點(diǎn)的均質(zhì)光束。使用激光散斑減少器(lsr)所產(chǎn)生的斑點(diǎn)對(duì)比度會(huì)降低。
斑點(diǎn)對(duì)比度的減少效率
在微觀層面上,斑點(diǎn)的減少取決于:
- 激光的波長(zhǎng)和帶寬
- 激光的偏振狀態(tài)
這兩個(gè)參數(shù)由激光器很好地定義,并與被照射表面的質(zhì)量一起,對(duì)斑點(diǎn)過(guò)程做出貢獻(xiàn)。在一個(gè)固定的波長(zhǎng)和偏振狀態(tài)下,可以通過(guò)提高表面的質(zhì)量來(lái)減少斑點(diǎn)對(duì)比度。
在宏觀層面上,斑點(diǎn)的減少取決于:
- lsr的擴(kuò)散角
- 探測(cè)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑
在這種情況下,通過(guò)角度多樣性的潛在減少系數(shù)等于√(?/?)是激光散斑減少器lsr的擴(kuò)散角,?是探測(cè)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑,比較使用lsr的斑點(diǎn)對(duì)比度(slsr),與沒(méi)有使用lsr的斑點(diǎn)對(duì)比度(s),減少效率被定義如下:
r[db]=10㏒10(s/slsr)
舉一個(gè)例子,將斑點(diǎn)對(duì)比度從0.5降低到0.2,可提供4db的降低效率。
組合擴(kuò)散器:
消散斑鏡片lsr由一個(gè)或兩個(gè)后續(xù)擴(kuò)散器組成,分別標(biāo)記為lsr- 3000-xs和lsr3000-xd。一般情況下,**個(gè)擴(kuò)散器是振蕩的,而*二個(gè)擴(kuò)散器是靜態(tài)的,這就減少了生成的隨機(jī)圖案的相關(guān)長(zhǎng)度。我們建議使用兩個(gè)擴(kuò)散器,因?yàn)闇p少斑點(diǎn)的效果較好,如果兩個(gè)擴(kuò)散器結(jié)合使用,總的擴(kuò)散角的計(jì)算方法是:
?組合角=√(?12+ ?22)
斑點(diǎn)減少的測(cè)量
圖2參考裝置
圖2顯示了測(cè)量斑點(diǎn)減少的實(shí)驗(yàn)裝置方案,激光被擴(kuò)大到d3=5毫米的光束直徑,由擴(kuò)束器準(zhǔn)直光束。在擴(kuò)束器的輸入端有一個(gè)消散斑鏡片lsr,控制激光功率。同樣,在擴(kuò)束器的輸出端也可以使用一個(gè)光圈d4,以精確控制照明。擴(kuò)束器來(lái)精確控制lsr的照明光束大小,并盡量減少屏幕上的雜散光。在工作臺(tái)的較末端。lsr被放置在光圈后的準(zhǔn)直光束中,屏幕上的激光光斑圖像被攝像機(jī)記錄下來(lái)。圖3中的面板顯示了典型的斑點(diǎn)圖像,這些圖像是在沒(méi)有任何lsr的情況下獲得的(a),lsr處于靜態(tài)模式(b),以及動(dòng)態(tài)模式下的lsr(c)。彩色的線條顯示了水平切割面, 圖4中描述了測(cè)量的強(qiáng)度曲線。
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