激光散斑测量 (6).doc

激光散斑测量 系别:0611 姓名:徐琳 日期:2008/3/23 No:pb06210302 实验目的: 1、了解单光束散斑技术的基本概念 2、应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移 实验原理： 1、激光散斑的基本概念 激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体时，在 散射面或附近的广场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑。 2、激光散斑光强分布的相关函数的概念 自相关函数为： G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ(x2,y2) 〉 归一化后为： 其中： 互相关函数为： GC（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1) Ｉ’(x2,y2) 〉 归一化后为： 其中 实验内容： 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.计算机 1 2 3 4 5 6 7 45cm 30cm 15cm 55cm 1、调节光路图如下图： 2.调节光路的要求：。 a）各光学元件中心高度相等（21cm）。 b）注意保护CCD。 c）调好光路后锁紧磁性底座。 3.程序操作和数据采集。 4.光路参数和数据表格。 1)自相关求散斑大小S。 2）根据散斑位移求毛玻璃的移动 数据处理： 1、各个已知的常数如下： 激光波长l = 632.8nm 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=0.030mm，dh=0 2、计算几个理论值（公式见预习材料）： 激光管口处腰束半径为： 经过透镜后高斯光束束腰距透镜的距离为： 经过透镜后高斯光束束腰半径为： 故： P1=150-53.55=96.45mm 再由附录取1公式计算出： Dx = dx (1 + p2 / r(P1))＝0.030(1 + 550 / 96.47)＝0.201mm 3、原始数据： No Sx Sy Dx Dy 1 44.81966 46.35886 45.58926 - - 2 45.58872 45.00050 45.29461 19 0 3 48.19104 46.43565 47.31334 18 0 4 48.83159 47.40357 48.11758 19 0 5 45.69730 47.27509 46.48620 19 0 6 47.79459 46.41386 47.10422 20 0 N 1 2 3 P1(cm) 18.0 17.8 17.5 P2(cm) 54.5 55.0 54.4 对以上的S求平均值可得： S=0.014*(s1+s2+s3+s4+s5+s6)/6 =0.014*(45.58926+45.29461+47.31334+48.11758+46.48620+47.10422)/6 =0.65mm 则可以求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径 4、Dx和Dy的计算： 对上述Dx,Dy求平均值： Dx =0.014*(19+18+19+19+20)/5=0.266mm Dy=0.014*（0+0+0+0+0）/5=0mm 求出毛玻璃的平均实际位移量 =0.039mm 误差分析： 实验数据与理论值比较： 实验中求得毛玻璃的平均实际位移量为0.039mm，而理论值为0.03mm，误差在允许范围之内。 照在毛玻璃上的光斑半径理论值为1.1257mm，而实际测得为0.65mm，误差较大。 误差原因分析： 1) 光路调节没有达到最佳状态，外界光源对实验结果有一定的影响。在实验中背景墙为白色，反光较严重，造成实验结果有较大偏差。 2) 另外光学仪器（如全反射镜）表面受污染被弄脏。 3）实验中氦氖激光器到透镜的距离没有比较准确的测量。 4）每次移动时很难保证移动距离都是3小格，可能会有所偏差。 思考题： 1．根据什么来选择激光散斑的光路参数（P1，P2）？ 答：考虑散斑大小与CCD像元的关系，使CCD上可以拍摄到较多的散斑，每个散斑又占据足够多的像元数。 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测量？（卷尺的最小刻度为1mm） 答：由公式和 可知由于P2的数量级比毫米大很多，用卷尺测量不会结果造成很大的误差。