“激光散斑測速”是怎么回事？

題目 （2004年天津理綜試題）：激光散斑測速是一種嶄新的測速技術，它應用了光的干涉原理。用二次曝光照相所獲得的“散斑對”相對于雙縫干涉實驗中的雙縫。待測物體的速度v與二次曝光時間的間隔Δt的乘積等于雙縫的間距。實驗中可測得Δt，雙縫到屏之距離l以及相鄰亮條紋間距Δx。若所用激光波長為λ，則該實驗確定物體運動速度的表達式是

A.v=λΔx/lΔt。

B.v=lλ/ΔxΔt。

C.v=lΔx/λΔt。

D.v=lΔt/λΔx。

解 設雙縫間距為d，則d=vΔt，又Δx=lλ/d，則v=d/Δt=lλ/ΔxΔt，故選B。

此題解的過程很簡單，但所敘述的實驗情景對于多數中學老師來說是不清楚的。激光散斑測速到底是怎么回事？這一實驗與雙縫干涉實驗之間從“效果”上講有怎樣的“等同”關系？這一問題一直困擾著中學物理老師。

我們知道，大多數物體的表面是極為粗糙的。當用激光照射這樣不透明的物體表面時，經反射形成的散射光可看作是物體表面上有無數個相干點源發出的，它們在空間相互干涉，由于散射光之間的傳播方向不同，造成這些亮斑與暗斑的分布是雜亂的和隨機的，即形成隨機分布的一些亮點和暗點。這就是所謂的激光散斑。因為散斑攜帶著物體粗糙表面的某些信息，借助于散斑不僅可以研究物體粗糙表面本身的信息，而且還可研究其形狀與位置的變化。當物體表面的某一點發生相應的微小位移時，要引起所對應的散斑點發生相應的移動。當一束激光照射到被測物體表面（通常稱為散射體）時，在散射體附近空間出現的散斑稱為空間散斑。由于散射體表面的無規則結構，任一獨立的散射基元光波對其相鄰散射元的相位差在0~2π之間隨機分布。在空間散斑場中任一點的光振動是大量基元光波在該點的統計求和，這樣在空間就形成了空間散斑（稱為菲涅耳型散斑）。如果將被測的散射體用透鏡成像，則在像面上得到的散斑稱為像面散斑（稱為夫瑯和費型散斑）。根據激光散斑的統計規律，不論是空間散斑還是像面散斑，其分布都是隨機的。實驗時，一般采用將散射體通過透鏡成像，所得散斑為像面散斑，如圖1所示。

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如果我們對散斑拍照，在底片上就會形成隨機分布的光孔。

以圖1為例，用激光照射物體（如毛玻璃），在像面（底片）上形成像面散斑圖樣。曝光一次后，將物體垂直光軸位移一微量Δx，再等時曝光一次，這樣，底片上就記錄了兩個完全相同的像面散斑圖，只不過兩幅散斑圖之間有一相對位移。兩兩散斑形成無數個散斑對，每一個散斑對可看成是一個孔對，每一孔對經相干光照射后，在接收屏上都會形成自已的揚氏干涉條紋。我們人眼能看到的，是這些余弦條紋的強度疊加。這樣用二次曝光的照相方法將物體表面產生的微小位移前后散斑紀錄在同一張紀錄材料上，通過分析比較就可測量出物體表面的微小位移。

為了使得問題簡化，在處理激光散斑時，可以采用題中所述的方法，將二次曝光照相所獲得的“散斑對”看作是雙縫干涉實驗中的雙縫。這樣，待測物體的速度v與二次曝光時間間隔Δt的乘積就等于雙縫的間距。

(欄目編輯羅婉華)

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