激光散斑的测量.pdf

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1、激光散斑测量一．实验目的学习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二．实验原理激光散斑是由无规散射体（实验中为毛玻璃）被相干光照射产生的。散斑场按光路分为两种，一种是在自由空间中传播而形成的客观散斑（本实验研究的情况），另一种是由透镜成象形成的主观散斑。散斑的大小、位移及运动变化可以反映光路中物体及传播介质的变化。试验中用的是激光高斯光束，其传播时光场的等振幅线在沿光路方向为双曲线。光斑最细的位置为束腰。激光经过凸透镜时其偏角会变化，会产生新的束腰。毛玻璃离透镜的距离改变时，照在其上的光斑半径也随之改变。实验是通过用计算

2、机测量散斑的变化来算出光路中毛玻璃的移动情况。激光散斑光强分布的规律由相关函数来描述。自相关函数为：G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1)Ｉ(x2,y2)〉归一化后为：22xyg(x,y)1exp[()]2S其中：SP/W2互相关函数为：GC（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1)Ｉ’(x2,y2)〉归一化后为：(xdx[1P2/(P1)]ydy[1P2/(P1)]g(x,y)1exp{}exp{}C22SS其中xd(1P/(P))x21三．实验内容与数据1.排布光路图145cm2

3、4563725cm15cm60cm实验装置图1.氦氖激光器2.双偏振片3.全反射镜4.透镜5.毛玻璃6.CCD7.计算机2.调节光路的要求：a)各光学元件中心要等高（建议为21cm），激光束要穿过各元件的中心。b)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。c)调好光路后要将磁性表座锁好。d)利用双偏振片调节散斑的光强，从弱开始慢慢调强。直到计算机显示器上散斑的强度合适为止。3.实验数据表：NoSxSyxy14.6985.53621024.7575.56127034.7875.62423044.7895.60025054.798

4、5.59424064.6415.525数据处理中可能用到的一些常数激光波长=0.0006328mm常数=3.14159265CCD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=180.5mm毛玻璃到CCD探测阵列面P2=555mm毛玻璃垂直光路位移量d和d，d=3小格=0.05mm，d=0三．数据处理1.S理论值计算d根据公式W01，可以算得氦氖激光器输出的束腰大小为：d632.8nm250mmW=0.2244mm01

5、经过透镜后发生变换，形成新的光束，其束腰位置d2和大小为：''fd1(50650)df50mm53.55mm222d122W01650220.2244(1)()(1)()''ff50632.8nm50mm22W0.224401W0.01726mm0222d122W01650220.2244(1)()(1)()''ff50632.8nm50到达毛玻璃上时：P=180.5-53.55=126.95mm1224aW0/0.01726/6.328101.479mm2221.479(

6、1)pp1(1a/1)126.951p126.96mm2126.952221/2126.95WZ()W(1Z/a)0.0172611.4816mm021.4796632.810555.0SP/W0.07545mm21.48162.x和y的计算P5552xd10.0310.1611mmP1126.96P2yd10P14.实验值计算12345S4.6984.7574.7874.7894.798xS5.5365.5615.62

7、45.65.594y22SSxy5.1341265.1746395.2222965.2103035.2112212故有：221SSxyS5.175794像素=5.1757940.014=0.7246mm520.075450.07246误差为4.0%0.07545则毛玻璃上的激光光斑的平均半径为6P555632.8102W1.543mmS0.72461.54301.4816误差为4.1%1.4816测量得光斑位移量为：2127232524x0.014240.0140.336mm5y0平均每次毛玻

8、璃的位移量为x0.336d0.0526mmx1PP(