激光散斑测量实验报告 (2).doc

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l = 0.0006328mm 常数p = 3.14159265 CCD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dx 和dh， dx=3小格=0.03mm，dh=0 光路参数：P1=96.45mm r(P1)=96.47mm P2= 550mm dx=3小格=0.03mm（理论值） 数据及处理： 光路参数： P1+d2=15cm P2=52.5cm d1=激光出射口到反射镜的距离+反射镜到透镜距离=33.6+28.5=62.1cm f’=5cm d=250mm λ=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： 代入数据，可得： 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： 可以求得散斑的统计半径S： (2)实验值的计算： 组数 Sx/像素 Sy/像素 r S=(Sx+Sy)/2 1 7.74 8.57 11 8.16 2 7.67 9.00 13 8.38 3 7.53 8.71 12 8.12 4 7.10 8.32 10 7.71 5 7.50 8.46 10 7.98 6 7.46 8.37 10 7.92 像素=112.7μm 则S理论值和实验值得相对误差为: 照在毛玻璃上激光光斑的平均半径: 则W的理论值和实验值得相对误差为: (3)求出毛玻璃的平均实际位移量 组数 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 均值 /像素 20 15 16 16 17 16 /像素 00 00 00 00 00 00 毛玻璃的平均实际位移量 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，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，得