激光散斑测量2

1、激光散斑测量汪恒 PB07210294实验目的通过对激光散斑大小的测量，了解激光散斑的统计特性，学习有 关散斑光强分布重要的数据处理方法。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

2、计算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 ) = <1 (x1,y1) I (x2,y2)>归一化后为：也 X2 + Ay 2g( x, y) =1 exp-(2)S其中：S 二P2/：W互相关函数为：GC( x1,y1 ; x2,y2 ) = <1 (x1,y1) I' (x2,y2)>(：xdx1 P2/ 珥R)h ry dy1P2/(R爪归一化后为：gc(uxjy)=1exp-厂 -exp-厂 SS其中& = dx(1+P2/P(p)实验内容1. 调节

3、光路图如下图：1.氦氖激光器2.双偏振片3.全反射镜4.透镜5.毛玻璃6.CCD 7.计算机2.调节光路的要求：（f =5cm, =632.8nm）。a ）各光学元件中心高度相等（21cm）b ）注意保护CCDc）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. 各个常数如下:激光波长 = 632.8nm常数二=3.14159265CCD像 素大小=0.0014cm激光器内氦氖激光管的长度 d=25cm会聚透镜的焦距所测数据为f （实际）=5.1cm激光出射口到透镜距离d1=65cm透镜到毛玻璃距离 P1

4、=15.29cm毛玻璃到CCD探测阵列面P2=50.85cm（移动5次后的量）毛玻璃垂直光路位移量 龙 和 小，dt=5小格=0.083mm小=02. 计算几个理论值：Woi =0.25 632.8 103.1415926激光管口处腰束半径为: 二 2.244 10*(m)二 0.2244(mm)经过透镜后高斯光束束腰距透镜的距离为:f dr= 50-=5.37cm51-650650)2 . (：0.22442 )251 )(51 6.328 10“经过透镜后高斯光束束腰半径为:W020.22442:0.2244")2(1 -650)2 ( $516.328 1051=0.00172

5、6cm故：P仁 15.29-5.37=9.92cmanW02/二 0.017262/6.328 10 = 1.479mm再由附录取1公式计算出：W(p1)=W0(1 p12/a2)=0.01726 (1 99.22/1.4792)= 0.11578cm： (p1) = p1(1 a2/p12) =99.20 (1 1.4792/99.202) =9.922cmx = d (1 + p2 /?(P1) = 0.0083*(1 + 50.85 / 9.92)= 0.0508cm3. 实验采集数据如下表：光路参数：P1 =15.29cm，：: ( P1)=96.47 P2 =50.85cm d =5

6、小格NoSSyS=(Sx +Sy)/2AXAY17.696477.687007.6917331027.229427.904967.5671922037.420677.829277.6249720047.901017.704817.8029126057.390277.534247.4622524166.853997.532937.19346S = 0.014(S+WS5 + S6)/6= 0.014 (7.692 7.567 7.624 7.803 7.462 7.193)/5= 0.106mm则可以求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径P2632.8 10 书 0.5085S 3.1415926

7、0.106 10一3二 9.663 10“m 二 0.966mm4. x和二y的计算:对上述x, y求平均值:x =0.014*(31+22+26+24+20)/6=0.287mmy=0.014* (0+0+0+0+0+1 /6=0.0023mm求出毛玻璃的平均实际位移量也x1 P '(R)0.287 10”1 508.5/ 96.47= 4.576 10出 m 二0.046mm误差分析1. 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0.046mm而理论值为0.083mm误差较大。照在毛玻璃上的光斑半径理论值为 1.1257mm 而实际测得为0.7571mm误差较大2.

8、误差原因分析：1）可能是因为光路调节不佳。2）另外光学仪器（如全反射镜）表面受污染被弄脏。3 ）实验中其它光源可能会影响到 CCD勺工作。4 ）实验中氦氖激光器到透镜的距离没有比较准确的测量。5）每次移动时很难保证移动距离都是 5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象元的关系，使CCDt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w二丄和dx可知由于P2的数量级比毫米大兀 S 一 1 + F2,/P