PB05005010崔兆宁激光散斑测量（实验报告）一、实验目的：应用单光束散射技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面位移。二、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（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑激光散斑是由无规散射体被相干光照射产生的，因此是一种随机过程。要研究它必须使用概率统计的方法。当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每一点都要散射光。因此在空间各点都要接受到来自物体上各个点散射的光，这些光虽然是相干的，但它们的振幅和位相都不相同，而且是无规分布的。来自粗糙表面上各个小面积元射来的基元光波的复振幅互相迭加，形成一定的统计分布。由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈，而散斑的大小要根据光路情况来决定。本实验散斑场是在自由空间中传播而形成的（也称客观散斑）。当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板，在某一距离处的观察平面上可以看到大大小小的亮斑分布在几乎全暗的背景上，当沿光路方向移动观察面时这些亮斑会发生大小的变化，如果设法改变激光照在玻璃面上的面积，散斑的大小也会发生变化。由于这些散斑的大小是不一致的，因此这里所谓的大小是指其统计平均值。它的变化规律可以用相关函数来描述。2.激光散斑光强分布的相关函数的概念如图3所示激光高斯光束（参见附录1）投射在毛玻璃上(,),在一定距离处放置的观察屏(x,y)上的形成的散斑的光强分布为Ｉ(x,y)。（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)〉(1)我们知道：（x，y）=U（x，y）U（x，y）(2)1图1CCD经计算机采集的散斑图象P1P22W0O1XO2图3光路原理图O02WPB05005010崔兆宁得到如下的公式：G（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1)〉〈Ｉ(x2,y2)〉+〈U(x1,y1)U(x2,y2)〉2(3)=〈Ｉ〉2[1+(x1,y1；x2,y2）]根据衍射理论可推出其复相干系数为：(x1,y1；x2,y2)=exp（－（ｘ2＋ｙ2）S2）(4)（3）式化为：G（x，y）=〈Ｉ〉2[1+exp（－（ｘ2＋ｙ2）S2）](5)进行归一化处理，可以得到归一化的自相关函数为：(6)其中S的意义即代表散斑的平均半径。这是一个以1为底的高斯分布函数。从附录2中可以知道S与激光高斯光斑半径W（在毛玻璃上的光斑）的关系式为(7)因此测量出S的大小就可以求出W。(2)两个散斑场光强分布...
