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λ = 0.0006328mm

常数π = 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dξ和dη，dξ=3小格=0.03mm，dη=0 光路参数：P1=96.45mm ρ(P1)=96.47mm P2= 550mm dξ=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：

2'2

012'11

''

2)()1(d f W f d d f f λπ+---

= πλd W 01= 201W d πλ=

代入数据，可得：

''

1

21

221''12

2

22

01

022

2

2

2

2101

102

d 15(1)()

5

62.11559.6332439.63362.12515511f d f cm P d d f f

cm cm

P cm cm cm cm

cm cm cm cm d

W W d d W d f f f f W λπ

π

λ⎛⎫⎛⎫

⎪ ⎪

⎝⎭⎝⎭

⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

⎝⎭⎝⎭

-=-=--+-=-+

=≈-+=

=

-+-+=

可得

由公式-31.80010cm ≈⨯

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：

221/2

302022

2

2

2

122112111()(1/)

250.16162.12511550.161()19.63319.6349.6339.6331.8001010.1W W a W d cm

a cm

cm cm d d cm cm f f a cm P P cm cm cm P cm P P cm πλρ-⎛

⎫⎛⎫⎛⎫

⎛⎫

⎪ ⎪ ⎪

⎪ ⎪

⎪⎝⎭⎝⎭

⎝⎭

⎝

⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭

=+==

=

≈-+-+=+=⨯+≈=⨯⨯+1/2

20.10861cm

cm ⎛⎫

⎛⎫ ⎪

⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭

≈

可以求得散斑的统计半径S ：

372632.81052.5cm /9.792100.108cm cm S P W cm

λππ--⨯⨯==≈⨯⨯

(2)实验值的计算： 组数 Sx/像素 Sy/像素 r S=(S x +S y )/2

1 7.74 8.57 11 8.16

2 7.67 9.00 1

3 8.38 3 7.53 8.71 12 8.12

4 7.10 8.32 10 7.71

5 7.50 8.4

6 10 7.98 6

7.46

8.37

10

7.92

6

18.056

i i S S ==

=∑像素=112.7μm

则S 理论值和实验值得相对误差为:

-S 11.27-9.792100%=100%15.1%S 9.792

S η=⨯⨯=理论实验理论

照在毛玻璃上激光光斑的平均半径:

22

52.5=632.8nm cm 3.14112.7938.329.3810cm P w m m S

λμμπ-=

⨯÷÷==⨯ 则W 的理论值和实验值得相对误差为:

9.38-10.8

100%=

100%13.1%10.8

w w w η-=

⨯⨯=理论

实验理论

(3)求出毛玻璃的平均实际位移量 6

1162246

i i d d m ξξμ==

==∑像素

0d η=

毛玻璃的平均实际位移量

21

22434.71()152.5/9.634d m

x m P P cm cm ξμμρ∆===++

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