三级大物实验报告-激光散斑的测量

实验题目：激光散斑测量实验目的：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。实验器材：氦氖激光器，双偏振片，全反射镜，透镜，毛玻璃，CCD，计算机。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：其中：互相关函数为：GC（x1,y1；x2,y2）=〈Ｉ(x1,y1)Ｉ’(x2,y2)〉归一化后为：其中实验装置图实验装置图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123456735cm30cm15cm55cm实验数据（原始数据纸质提交）：Nsxsy18.547.9427.627.9537.597.5148.468.2857.778.3567.707.9177.747.8787.787.70NX/像素136236337437537635数据处理：（1）理论值计算：由公式：得激光管口处腰束半径为：由得由公式：得：P1=150-53.55mm=96.45mmx和y计算:(这里d=0.06mm)x=d(1+p2/(P1))＝0.06×(1+550/96.47)mm＝0.4021（mm）y=d(1+p2/(P1))＝0mm（2）实验值计算：S1＝(Sx＋Sy)/2=(8.55+7.95)/2=8.25(像素)S2=(Sx＋Sy)/2=(7.62+7.95)/2=7.78(像素)S3=(Sx＋Sy)/2=(7.59+7.51)/2=7.55(像素)S4=(Sx＋Sy)/2=(8.46+8.28)/2=8.37(像素)S5=(Sx＋Sy)/2=(7.77+8.35)/2=8.06(像素)S6=(Sx＋Sy)/2=(7.70+7.91)/2=7.80(像素)S7=(Sx＋Sy)/2=(7.74+7.87)/2=7.80(像素)S8=(Sx＋Sy)/2=(7.78+7.69)/2=7.74(像素)则S＝0.014*(S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8)/8=0.014*(8.25+7.78+7.55+8.37+8.06+7.80+7.80+7.74)/8=0.1109mm则照在毛玻璃上激光光斑的平均半径为：x=0.014*(36+36+37+37+37+35)/6=0.5087mm毛玻璃的平均实际位移量误差分析：1）试验中求得毛玻璃的平均实际位移量为0.076mm，照在毛玻璃上的光斑半径理论值为0.0984mm，而实际测得为0.1109mm。因为人手很难精确的分两次转动六个小格，以保证移动距离正好是0.06毫米，总要有所偏差，并且应该是该误差的主要来源。2）激光器的参数是根据讲义来的，没有进行实测，可能与实际情况不完全一致，其工作状况也可能发生波动。3）实验室的其他光源可能影响CCD的工作。4）由于该实验的结果实际是统计值，因而在很大程度上依赖于取样的好坏，必须保持散斑数量与大小的均衡，这点不能很好把握必然会引起误差。思考题:1.激光散斑测量的光路参数（P1,P2）选择是根据什么？答:为了得到对散斑光强分布的良好的统计结果,应考虑散斑大小与CCD像元大小的关系,选择适当的距离P1,P2使CCD上可以拍摄到较多的散斑,而且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