散斑效应统计特征分析

当用激光束投射到一光学粗糙表面（即表面平均起伏大于光波波长量级）上时，即呈现出用普通光见不到的斑点状的图样。其中的每一个斑点称为散斑（Speckle），整个图样称为散斑图样（Speckle Pattern）。这种散斑现象是使用高相干光时所固有的。

散斑的物理起因可以简单地说明如下：当激光照射到物体表面时，其上的每一个点（面元）都可视为子波源，产生散射光。由于激光的高相干性，则由每一个物点散射的光将和每一个其他物点散射的光发生干涉。又因为物体表面各面元是随机分布的（这种随机性由表面粗糙度引起），则由它们散射的各子波的振幅和位相都不相同，而且也是无规则分布的。所以由各面元散射的子波相干叠加而形成的反射光场具有随机的空间光强分布。当把探测器或眼睛置于光场中时，将记录或观察到一种杂乱无章的干涉图样，呈现颗粒状结构，此即“散斑”，如图9.3.1所示。

图9.3.1　激光散斑图样

在激光器诞生后不久，散斑现象就被发现。在全息照相和相干光图像处理的早期工作中，激光散斑现象往往被看成降低成像质量和限制干涉条纹清晰度的一种光学噪声，称为散斑噪声（Speckle Noise），但近年来发展起来的散斑摄影术和散斑干涉计量术形成了一门崭新的学科——散斑计量学（Speckle Metrology）。(www.xing528.com)

与全息干涉计量相比较，散斑计量术的主要优点是降低了对机械稳定性、光源相干性和底片分辨率的要求，易于调整测量灵敏度以及易于测量面内位移，且条纹定域于物体表面。其主要的缺点是条纹清晰度较差。

目前，散斑效应已广泛地用于表面粗糙度研究、光学图像处理、光学系统的调整和镜头成像质量评价等方面，但最有前途的应用领域仍然是散斑计量。

激光散斑效应的基本统计特性主要用光强度分布函数、衬度和特征尺寸来表征。