激光散斑测量实验报告

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1、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）激光波长九=0.0006328nnn常数兀=3.14159265CCD像素大小=0.014nnn激光器内氨氛激光管的长度d=250mn会聚透镜的焦距f‘=50nnn激光出射口到透镜距离d产650nnn透镜到毛玻璃距离=d2+Pi=150nnn毛玻璃到CCD探测阵列面P2=550nnn毛玻璃垂直光路位移量dg和dr

2、,d^=3小格二

3、0.03mn,dr

4、=0光路参数：Pi=96.45mnp（PJ=96.47nnnP2=550nnnd^=3小格二0.03mn（理论值）数据及处理：光路参数：P1+d2=15cmP2=52.5cmd1=激光出射口到反射镜的距离+反射镜到透镜距离=33.6+2&5=62.1cmf,=5cmd=250rmnZ=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：XLj+知wOiAd7t代入数据，可得：——=15cm_P}(i-4)2+(4)2Px=5cm-5cm+5cm-62.

5、cm2+=9.633243cm-9.633cm由公式=1-2+7(dX7)632.8nmxl0'7x25cm/7T62.1czn、I5cm)2+25cmyi5cm)2=1.800x1O'3此新高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小w可以由计算氨氛激光器的高斯光束的传播特性得到:cl25cm/62.1c/71、25cm丿25加¥5cm)=0.161cm2pm=Pii+务/croo1.(O・161c"2)=9.633cmx1+——9.633cm)=9.634cmW(片)=%(1+片力)"21.800x10_3c/?2X1+'9.633c加、

6、10・161加丿=0.108cm可以求得散斑的统计半径s:S=AP2/ttW==9.792xlO-3cm632.8xl0_7c/7ix52.5cm7rx0.108cm(2)实验值的计算:组数Sx/像素Sy/像素rS=(Sx+Sy)/217.748.57118.1627.679.00138.3837.538.71128.1247.108.32107.7157.508.46107.9867.468.37107.926外址“象"•亦则S理论值和实验值得相对误差为:〃=s实验理论s理论x100%=11.27-9.7929.792xl00%=1

7、5.1%照在毛玻璃上激光光斑的平均半径:2pw=―=632.8nmx52.5cm—3・14一112.7“加=938.32“加=9.38x10-1加7TS，‘则W0勺理论值和实验值得相对误差为:〃="实验j理论x100%=头3牛丁x100%=13」％愉论10・8（3）求出毛玻璃的平均实际位移量组数1-22-33-44-55-6均值心/像素201516161716△y/像素0000000000006毗=上—=16像索=224“加6=0毛玻璃的平均实际位移量Av=d©—224//〃?_347um1+&p（A）1+52.5cm/9.634cm

8、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±,调光路时要盖好盖子3、激光具有很强的能

9、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r而毛玻璃与CCD表面的距离可以用卷尺(最小刻度为1血1)?答：散斑的大小用肉眼无法测量，其半径S数量级约为10「加"，低于卷尺的最小刻度

10、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府2.5rwi想使表征