激光散斑测量实验报告

时间：2024.3.27

实验报告

陈杨 PB05210097 物理二班

实验题目: 激光散斑测量

实验目的:

了解单光束散斑技术的基本概念，并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移。

实验内容：

本实验中用到的一些已知量：(与本次实验的数据略有不同)

激光波长l = 0.0006328mm

常数p = 3.14159265

CCD像素大小=0.014mm

激光器内氦氖激光管的长度d=250mm

会聚透镜的焦距f’=50mm

激光出射口到透镜距离d₁=650mm

透镜到毛玻璃距离=d₂+P₁=150mm

毛玻璃到CCD探测阵列面P₂=550mm

毛玻璃垂直光路位移量dx 和dh， dx=3小格=0.03mm，dh=0

光路参数：P₁=96.45mm r(P₁)=96.47mm P₂= 550mm d_x=3小格=0.03mm（理论值）

数据及处理：

光路参数：

P1+d2=15cm

P2=52.5cm

d1=激光出射口到反射镜的距离+反射镜到透镜距离=33.6+28.5=62.1cm

f’=5cm

d=250mm

λ=632.8nm

(1)理论值S的计算：

经过透镜后其高斯光束会发生变换，在透镜后方形成新的高斯光束

由实验讲义给的公式：

代入数据，可得：

此新高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小W可以由计算氦氖激光器的高斯光束的传播特性得到：

可以求得散斑的统计半径S：

(2)实验值的计算：

像素=112.7μm

则S理论值和实验值得相对误差为:

照在毛玻璃上激光光斑的平均半径:

则W的理论值和实验值得相对误差为:

(3)求出毛玻璃的平均实际位移量

毛玻璃的平均实际位移量

本实验中，调整光路是最关键的一步。尤其注意将各个光学元件的中心调到等高的位置（21cm）并使激光束照射在光学元件的中心。

实验体会：

1、本实验属光学实验，所以能否调整好光路是本实验成功与否的关键.调整光路时应保证各光学元件中心等高，激光束穿过各元件的中心。调好光路后要将磁性表座锁好，以确保其不再发生移动. 调整光路时要一个一个光学元件逐次调整固定。为了保证等高，应该以最不易改变高度的元件为基准来调节。本实验中，应以毛玻璃的21cm为准。

2、实验进行时还应注意保护CCD，不要将激光束直接照射在CCD上，调光路时要盖好盖子

3、激光具有很强的能量，实验时应注意安全，避免眼睛直视激光。

思考题

(1)根据什么来选择激光散斑测量的光路参数？

答：光路图如下：

激光器的长度，激光波长,透镜半径及焦距，毛玻璃的面积和CCD接收屏的大小是固定的，根据激光器的长度和透镜的半径可以大致确定d1；d2和透镜的焦距近似相等；P1，P2由毛玻璃上的像点面积和表征激光散斑大小的参数S在CCD接收面上的像元数目及激光波长有关。

(2)为什么在本实验中散斑的大小用CCD像元，而毛玻璃与CCD表面的距离可以用卷尺（最小刻度为1mm）?

答：散斑的大小用肉眼无法测量，其半径S数量级约为，低于卷尺的最小刻度及最大允差，需要通过其他办法将其“放大”到与原散斑大小成一定比例才能间接测出，本实验通过CCD像元来测量；而毛玻璃与CCD之间的距离为几十厘米，用卷尺完全可以较准确地测出。

(3)毛玻璃上高斯光斑半径W=2.5mm，想使表征激光散斑大小的参数S在CCD接收面上为50个像元，毛玻璃距CCD接收面的距离P2为多少？

答：由，得

第二篇：激光散斑的测量

激光散斑的测量

By 金秀儒

物理三班

Pb05206218

PAGE I

实验题目：激光散斑的测量

学号：PB05206218

姓名：金秀儒

实验目的：

了解激光散斑的统计特性，学会两种处理激光散斑的重要方法----自相关函数法和互相关函数法。

实验仪器：

氦氖激光器，全反射镜，双偏振片，透镜，毛玻璃， CCD，计算机。

实验原理：

激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体时，在散射体表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗斑点，称为激光散斑。（1）自相关函数

假设观察面任意两点上的散斑光强分布为I（x1,y1），I（x2,y2），

我们定义光强分布的自相关函数为：

G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ(x2,y2) 〉进行归一化处理，可以得到归一化的自相关函数为：

g(?x,?y)?G(?x)/?I??1?exp[?(?x2??y2)/S2]

（2）两个散斑场光强分布的互相关函数：

假设观察面任意一点Q1上的散斑光强分布为I（x1,y1），当散射体发生一个变化后（如散射体发生一个微小的平移d0?

Q2上的散斑光强分布为I' （x1,y1）

定义光强分布的互相关函数为：GC（x1,y1;x2,y2)=<I(x1,y1) I'(x2,y2) >;可以,归一化的互相关函数为：gC(?x,?y)?1?exp{?[

?x?d?(1?P2/?(P1))

]}exp{?[

?y?d?(1?P2/?(P1))

]2}

实验光路图 1.氦氖激光器 2.双偏振片 3.全反射镜 4.透镜 5.毛玻璃 6.CCD 7.

激光散斑的测量

计算机

激光散斑的测量

PAGE II

数据处理及结论：

一、原始数据和计算机计算结果：

1、FFT计算自相关系数：（r=15）

激光散斑的测量

3、相关参数（光路图见实验原理部分，已做必须修改）：