激光散斑测量实验报告

实验报告陈杨PB05210097物理二班实验题目:激光散斑测量实验目的:了解单光束散斑技术的基本概念，并应用此技术测量激光散斑的大小和毛玻璃的面内位移。实验内容：本实验中用到的一些已知量：(与本次实验的数据略有不同)激光波长=0.0006328mm常数=3.14159265CCD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d和d，d=3小格=0.03mm，d=0光路参数：P1=96.45mm(P1)=96.47mmP2=550mmd=3小格=0.03mm（理论值）数据及处理：光路参数：P1+d2=15cmP2=52.5cmd1=激光出射口到反射镜的距离+反射镜到透镜距离=33.6+28.5=62.1cmf’=5cmd=250mmλ=632.8nm(1)理论值S的计算：经过透镜后其高斯光束会发生变换，在透镜后方形成新的高斯光束由实验讲义给的公式：2'2012'11''2)()1(dfWfddffdW01201Wd代入数据，可得：''121221''122220102222221011021d15(1)()562.11559.6332439.63362.125155111fdfcmPddffcmcmPcmcmcmcmcmcmcmcmdWWddWdffffdWdf可得由公式-7-32222=632.8nm1025/1.8001062.125155cmcmcmcmdcmcmf此新高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小W可以由计算氦氖激光器的高斯光束的传播特性得到：221/2302022222122112111()(1/)250.16162.12511550.161()19.63319.6349.6339.6331.8001010.1WWaWdcmacmcmcmddcmcmffacmPPcmcmcmPcmPPcm1/220.10861cmcm可以求得散斑的统计半径S：372632.81052.5cm/9.792100.108cmcmSPWcm(2)实验值的计算：组数Sx/像素Sy/像素rS=(Sx+Sy)/217.748.57118.1627.679.00138.3837.538.71128.1247.108.32107.7157.508.46107.9867.468.37107.92618.056iiSS像素=112.7μm则S理论值和实验值得相对误差为:-S11.27-9.792100%=100%15.1%S9.792S理论实验理论照在毛玻璃上激光光斑的平均半径:2252.5=632.8nmcm3.14112.7938.329.3810cmPwmmS则W的理论值和实验值得相对误差为:9.38-10.8100%=100%13.1%10.8理论实验理论(3)求出毛玻璃的平均实际位移量61162246iiddm像素0d毛玻璃的平均实际位移量2122434.71()152.5/9.634dmxmPPcmcm本实验中，调整光路是最关键的一步。尤其注意将各个光学元件的中心调到等高的位置（21cm）并使激光束照射在光学元件的中心。实验体会：1、本实验属光学实验，所以能否调整好光路是本实验成功与否的关键.调整光路时应保证各光学元件中心等高，激光束穿过各元件的中心。调好光路后要将磁性表座锁好，以确保其不再发生移动.调整光路时要一个一个光学元件逐次调整固定。为了保证等高，应该以最不易改变高度的元件为基准来调节。本实验中，应以毛玻璃的21cm为组数1-22-33-44-55-6均值x/像素201516161716y/像素000000000000准。2、实验进行时还应注意保护CCD，不要将激光束直接照射在CCD上，调光路时要盖好盖子3、激光具有很强的能量，实验时应注意安全，避免眼睛直视激光。思考题(1)根据什么来选择激光散斑测量的光路参数？答：光路图如下：激光器的长度，激光波长,透镜半径及焦距，毛玻璃的面积和CCD接收屏的大小是固定的，根据激光器的长度和透镜的半径可以大致确定d1；d2和透镜的焦距近似相等；P1，P2由毛玻璃上的像点面积和表征激光散斑大小的参数S在CCD接收面上的像元数目及激光波长有关。(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（最小刻度为1mm）?答：散斑的大小用肉眼无法测量，其半径S数量级约为110mm，低于卷尺的最小刻度及最大允差，需要通过其他办法将其“放大”到与原散斑大小成一定比例才能间接测出，本实验通过CCD像元来测量；而毛玻璃与CCD之间的距离为几十厘米，用卷尺完全可以较准确地测出。(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个像元，毛玻璃距CCD接收面的距离P2为多少？答：由WPS2，得mnmmmmSWP68.88.6325.2145014.32