电子散斑干涉实验讲义
（电子散斑干涉术测离面位移）
1．引言电子散斑干涉术（ESPI）测离面位移具有实时、灵敏、全场测量等特点，在
变形场测量、振型测量及工业无损检测方面具有广泛的应用。
2．实验目的
了解电子散斑干涉原理、掌握干涉光路及图像处理软件。对力学专业学生还可与板的理论分析进行验证。
3．基本原理
图1是常用的均匀参考光光路图，它将分光镜B1分出的一小部分激光经扩束后照射到另一块半透半反镜而与物体漫射光相汇合而形成干涉，前者是参考光，后者是物光。
B分光镜M反射镜
fL1扩束镜L2成像透镜图1。电子散斑干涉术（ESPI）光路图
物光的光强分布为：
Uoruorexpor
1
其中u0r是光波的振幅，0r是经物体漫射后的物体光波的相位。
参考光的光强分布为：
URruRrexpRr
2
物光与参考光在CCD靶面上汇合形成光强Ir为：
Ir

uo2

u
2R

2uouR
coso
R
3
当被测物体发生变形后，表面各点的散斑场振幅uor基本不变，而位相or
将改变为orr，即
U
O

uorexporr
4
其中ΔФ（r）为由于物体变形产生的相位变化。
变形前后的参考光波维持不变。这样，变形后的合成光强Ir为：
Ir

uo2

u
2R

2uouR
coso
R

r
5
对变形前后的两个光强进行相减处理：
IIrIr
＝
uo2

u
2R
2uouRcoso
R
r

uo2

u
2R
2uouRcoso
R
＝
4uouR
si
o
R


r2

si

r2
6
由式6可见，相减处理后的光强是一个包含有高频载波项
si
o
R


r2
的低频条纹si

r2
。该低频条纹取决于物体变形引起的
光波相位改变。
1
f这个光波相位变化与物体变形关系从光波传播的理论可以推导出来，即有：


2
d11
cos

d2
si


7
其中是所用激光波长，是照明光与物体表面法线的夹角，d1是物体变形
的离面位移，d2是物体变形的面内方向位移。
为了使光路对离面位移敏感，应该使照明角比较小，即cos1si
0，
则由（7）式可以得到：


4
d1
8
有6式可知，在暗条纹处，
2k
由8式和（9）式可得到：
d1

k2
即暗条纹处的离面位移是半波长的整数倍。
4
仪器用具
（参见附表）
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5．实验内容
1摆好光路
2测量参考光光程r