聚焦纤维透镜系统在激光散斑测量中的应用

　　1概述

　　激光散斑是在用激光照明一粗糙表面时产生相干达加的结采。盖伯(Gabor)把故斑分为两类:一类称为客观激光散斑，它是直接利用激光照射粗糙表面在空间所产生的散斑;另一类称为主观故斑，它是通过透镜成像所产生的激光散斑。在大多数情况下，一个漫反射或透射物体都是通过一个透镜或成像系统进行观察或测量的。激光散斑的大小由下式决定

　　式中B为主观散斑的直径，D为透镜直径，f为透镜焦距。

　　激光散斑照相在无损检测物体的变形、位移、振动及应力等测量中有着广泛的应用。但它受到透镜参数(主要是受F数)的影响，激光散斑尺寸大小与透镜的F数成正比关系〔们。尤其是主是敞玫大统中，由于透镜沟数值孔径较小使激光故斑尺寸变大，降低了探测灵敏度。在激光敌班照相中使用新型透镜—聚焦纤维透境，由于它具有高数值孔径低F长的特点，可以使激光散斑尺寸大大减小，从而提高检测灵敏度。

　　图1给出用普通显微物镜(数值孔径为0.1)和聚焦纤维透镜(数值孔径为0.37)所得的激光散斑尺寸的对比(放大均为10涪)。从图1中可以明显看出，同一祖糙表面而用不同透镜所得到的激光散斑尺寸明显不同，其中用聚焦纤维透镜所得jlJ的散斑尺寸比用普通显微物镜所得到的散斑小了3倍左右。

        2  实验

　　聚焦纤维透镜体积小，两端为平面，容易与光学纤维连接。通常在测定位移或婚变lit囚以采用下面两种光路:

　　对于漫反射表面可采用图Za所示光路。它由HeNe激光器(6328入)发出的激光通过扩束镜与多模光纤相连，光纤另一端与聚焦纤维透镜(W20一053一0.63NC)相连，垂直入射到漫射物体表面，反射光再通过透镜，在成像面形成激光散斑。此光路的特点是入射光与反射光都经过透镜。这对于小孔径、短焦距的聚焦纤维透镜，可以使入射光近似垂直地入射到物体表面。

　　对于透明物体的检测可选用图Zb所示的光路.

　　图3是利用上述光路所测量的不同位移的干涉条纹。其位移量分别为1.5卜m，4拼m和勺件m(放大倍数为10倍)。位移前后进行两次曝光，记录在同一张底片上，然后用激光束照射进行逐点分析获得图3的一组干涉条纹。从图3中可清楚看出，即使1.5林m的微小位移所产生的条纹仍清晰可见。若用普通显微物镜(N.A=0.1)其最高检测灵敏度大于5林m.

　　利用图Za光路，测定了尖端裂缝受力前后形变的分布情况(裂缝宽度o.7mm)。裂缝上端夹入一楔形金属板，在外力作用下可以上下移动，使裂缝尖端发生形变。图4给出了裂端形变前后两次曝光所得到的逐点分析的千涉条纹，其检测灵敏度可达到1;:m。