激光散斑测量.doc

学号：PB07203143 姓名：王一飞 院（系）：物理系 激光散斑测量【实验原理】激光通过透明散射体，在空间各处发生散射。由于激光具有高度相干性，所以屏上每一点都是由数个相干光线叠加而成。由于随机性，一些位置叠加后光强增加，另一些减小，但整体有一定统计规律，形成激光散斑。统计规律可用自相关函数G（x1,y1；x2,y2）=(x1,y1) (x2,y2) 和互相关函数GC（x1,y1；x2,y2）=(x1,y1) (x2,y2) 来描述。用CCD取像，利用如下算法输入计算机编程计算。图1 实验装置 1.氦氖激光器, 2.全反射镜, 3.双偏振片,4.透镜,5.毛玻璃, 6.CCD, 7.计算机1234567【实验内容】1、熟悉实验装置本实验所用的装置放在光学平台上，如图4所示。氦氖激光器(本实验中用长250毫米的内腔式氦氖激光器，l=632.8nm)的光束穿过各个元件的通光口径的中心。光学元件有：双偏振器（用来调节光强），透镜（用来改变激光束的发散角），毛玻璃（用来产生散斑）。接收器件采用CCD器件，由CCD器件采集的光强信息经过采集卡（插在计算机的插槽内）进行AD变换，由模拟信号变成数字信号，再显示在计算机屏幕上，此数字信号同时存入计算机软盘或硬盘上便于数据处理。2、观察客观散斑场实验时先打开激光源，调节支架上的微调螺旋，使细激光束通过双偏振器、透镜和毛玻璃投射到CCD表面。用一个白纸屏前后移动观察散斑场的分布情况。通过观察得到对激光散斑的对比度、形状和大小定性认识。 3、用CCD拍摄散斑图将经透镜扩展的激光束投射到毛玻璃上，在毛玻璃和CCD之间形成空间散斑场。测量出透镜后激光的焦点（即束腰）至毛玻璃以及毛玻璃至光强分布仪表面的距离。从计算机中调出采集程序进行采集。4、数据处理计算拍摄的散斑图的样本自相关和互相关函数。按附录4处理数据，求得散斑图上散斑颗粒的统计平均值S及两个散斑图的位移x1y1，并根据光路参数P1P2，计算出激光高斯光束照在毛玻璃上的半径W和毛玻璃进行面内位移d0的值。【数据处理】一、利用自相关函数求毛玻璃上的半径W1像素=14m 束腰=5.2cm P1+束腰=16.5cm P2=46.1cm123456Sx(像素)5.71655.525.6425.87865.81616.231Sy(像素)6.68166.24696.52596.79786.9997.0185Sx(mm)0.080030.077280.078990.08230.081430.08723Sy(mm)0.093540.087460.091360.095170.097990.09826表1平均值标准差 ， 相对误差为1.7%平均值标准差 ， 相对误差为1.8%亮斑面积不变，即S2 = ， 相对误差为1.7%由得：二、求出毛玻璃实际位移量1-22-33-44-55-6X坐标2323171718Y坐标00000表2Y=0，y=0，d=01-2实际位移量：X=23，x=0.322mm实际位移量2-3实际位移量：X=23，x=0.322mm实际位移量3-4实际位移量：X=17，x=0.238mm实际位移量4-5实际位移量：X=17，x=0.238mm实际位移量5-6实际位移量：X=18，x=0.252mm实际位移量【思考题】1、 激光散斑测量的光路参数（P1,P2）选择是根据什么？采样点总数越大，实验相关函数就越接近理论相关函数。但采样点总数有限，所以激光散斑测量的光路参数（P1,P2）选择要使CCD上有足够多的散斑且散斑较为平均。2、 为什么在本实验中散斑的大小用CCD象元，而毛玻璃与CCD表面的距离可以用卷尺（最小刻度为1毫米）？ 又，所以P2的测量精度不需要很高，卷尺即可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个象元，毛玻璃距CCD接收面的距离P2为多少？已知W=2.5mm，S=500.014mm=0.7mm，=0.0006328mm【改进与建议】由于光学器件上手印、灰尘比较多，所以经反射的激光束散射较严重，不容易调整好，而且导致实验现象不是很好。建议如果可以的话清洗一下光学器件