激光散斑测量实验报告
大学物理实验---激光散斑
实 验 报 告
3、 做完实验后，思考本实验的用途，觉得它可以用于以下几个方 面： （1）可以用本实验原理测量物体的微小位移量 （2）可以用其他透明物体代替毛玻璃，来测量其粗糙度
思考题：
1. 根据什么选择激光散斑测量的光路参数（P1 和 P2）？
答：首先根据透镜的焦距，其次须考虑散斑大小和 CCD 象元大小 的关系。只有选择适当距离的 P1、P2 才能使 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，并且拍摄到的图 像足够清晰有较好的对比度，这样才能得到对散斑光强分布的良好 结果。
W 02 =
2 ������������02 a= = 1.228566������������ ������
d πW (1 − 1' )2 + ( 01' )2 f λf
=
0.2244032 = 0.015731mm 203.4896818
P 1 =透镜到毛玻璃的距离－d 2 =178-53.282722=124.727178mm ������2 ρ(������1 ) = ������1 �1 + 2 � = 124.739279������������ ������ 1
产生误差的原因经过分析有以下几个方面： （1）
实验心得：
1、 为了减小估算误差，对光斑半径进行估算并输入计算机进行自 相关计算时，应该多取几组，比较这几组的相关度大小，最终 取相关度最大的那一组作为实验数据； 2、 在实验过程中要保证光器具的干净， 不能用手碰光器具的镜面， 在实验结束时应该及时将塑料罩盖回去；
S = λP2 / πW
(3)
因此测量出 S 的大小就可以求出 W。 (2) 两个散斑场光强分布的互相关函数： 假设观察面任意一点Q 1 上的散斑光强分布为Ｉ(x 1 ,y 1 )，当散射体发 生一个变化后（如散射体发生一个微小的平移 d 0 = d ξ 2 + dη 2 ）观察面任意 一点Q 2 上的散斑光强分布为 Ｉ’ (x 2 ,y 2 )我们定义光强分布的互相关函数为： G C （x 1 ,y 1 ；x 2 ,y 2 ）=〈Ｉ(x 1 ,y 1 ) Ｉ’(x 2 ,y 2 ) 〉 两个散斑场的互相关函数为：
激光散斑的测量
W ( Z ) W0 (1 Z 2 / a 2 )1/2 0.01726 1
S P2 / W
632.8 106 555.0 0.07545mm 1.4816
2. x 和y 的计算
P2 555 x d 1 0.1611mm 1 P 0.03 126.96 1 P2 y d 1 P 0 1
答：由于激光光强起伏周期远大于 CCD 采样的周期，激光器光强时整体下降或 者提升的，最终图像上整体光强大小可能会有变化 6、在本实验中若有一均匀的背景光迭加在散斑信号上，对 S 值的测量有影响 吗？试分析原因。 答：观察面上的光强整体上升了，统计平均值显然会上升，但是不会影响统计分 布。即对拟合没有影响，因此对 S 无影响。
W012
f ' d1
2 01 2 '
50mm
(50 650) 53.55mm 650 2 0.22442 2 (1 ) ( ) 50 632.8nm 50mm
W02 (1
d1 2 W012 2 ) ( ) f' f'
0.22442 0.01726mm 650 2 0.22442 2 (1 ) ( ) 50 632.8nm 50
五．思考题
1、激光散斑测量的光路参数（P1,P2）选择是根据什麽？ 答： 为了得到较好的图像， 一方面需要考虑图像中散斑个数要多已得到的统计数 据比较可信， 另一方面要使散斑图像尽可能地大以获得精确测量。所以实验中需 要调节（P1,P2）兼顾这两个方面，以获得最佳图像 2、为什麽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 毫米）？ 答：CCD 象元由计算机处理，精确度高。有公式 d x
激光散斑测量
激光散斑测量实验报告实验题目：激光散斑测量实验目的：了解激光散斑的原理及应用，掌握散斑的测量方法以及相关的一些函数关系，性质。
实验原理：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明散射体（例如毛玻璃）时，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规分布的亮暗斑点，称为激光散斑（laser Speckles ）或斑纹。
当激光照射在粗糙表面上时，表面上的每一点都要散射光。
因此在空间各点都要接受到来自物体上各个点散射的光，这些光虽然是相干的，但它们的振幅和位相都不相同，而且是无规分布的。
来自粗糙表面上各个小面积元射来的基元光波的复振幅互相迭加，形成一定的统计分布。
由于毛玻璃足够粗糙，所以激光散斑的亮暗对比强烈。
当单色激光穿过具有粗糙表面的玻璃板，在某一距离处的观察平面上可以看到大大小小的亮斑分布在几乎全暗的背景上，当沿光路方向移动观察面时这些亮斑会发生大小的变化，如果设法改变激光照在玻璃面上的面积，散斑的大小也会发生变化。
由于这些散斑的大小是不一致的，因此这里所谓的大小是指其统计平均值。
它的变化规律可以用相关函数来描述。
可以知道S 与激光高斯光斑半径W （在毛玻璃上的光斑）的关系式为2/S P W l p =。
S 的意义即代表散斑的平均半径。
这是一个以1为底的高斯分布函数。
以下为两个散斑场的互相关函数：实验器材：1.氦氖激光器 2.双偏振片 3.全反射镜 4.透镜 5.毛玻璃 D 7.计算机已知数据： 光路参数：d1=650mm d2=59mm r 1()P =92mm P2=537mm P1=92mm激光波长 = 0.0006328mm =632.8nm21212222(1/())(1/())(,)1exp{[]}exp{[]}C y d P P x d P P g x y SSh x r r D ++D ++D D =+--常数π = 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毛玻璃垂直光路位移量d ξ 和d η， d ξ=5小格=0.05mm ，d η=0理论值:(a) 照在毛玻璃上激光光斑的平均半径01W 0.224403mm =''12222011''d (1)()f d f W d f f p l -=--+02W =由于20/a W p l =221/20()(1/)W Z W Z a =+ 这里Z=P 1,W 0=W 02 所以W(P 1)= 0.990179mm2/S P W l p == 0.109239mmb) 毛玻璃的平均实际位移量0.05d mm x =∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P 1))=0.342mm0d h =∆y= d η (1 + p2 / ρ(P 1))=0实验数据及数据处理实验值：S=112121in s=å=7.30477像素= 0.102267 mm2P W Sl p == 1.05768 mm 误差分析：W 误差为1.05768-0.9901796.8%0.990179=S 误差为0.102267-0.1092396.4%0.109239= b) 毛玻璃的平均实际位移量实验值：x D =1661in x =åD =25.83333像素= 0.362mmy D =1661in y =D å=0误差分析：∆x 误差为0.3620.3425.8%0.342-=∆y 误差为 0。
激光散斑实验报告
激光散斑实验报告激光散斑实验报告引言：激光散斑实验是一种常见的物理实验，通过激光光束通过光学系统后在屏幕上出现的散斑图案，可以帮助我们了解光的干涉和衍射现象。
本实验旨在通过观察和分析散斑图案，探索光的波动性质以及光学现象。
一、实验目的本实验的目的是通过观察激光散斑图案，了解光的干涉和衍射现象，以及利用散斑图案进行光学测量。
二、实验材料和仪器1. 激光器：用于产生高强度、单色、相干的激光光束。
2. 光学系统：包括凸透镜、平行光管、狭缝等，用于调节和控制激光光束的传播。
3. 屏幕：用于观察和记录散斑图案。
三、实验原理1. 光的干涉现象：当两束相干光叠加时，会产生干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种形式。
激光散斑实验中的干涉现象主要是构造干涉，即光波的相位差导致光强的增强或减弱。
2. 光的衍射现象：当光通过狭缝或物体边缘时，会产生衍射现象。
衍射导致光波的传播方向改变，形成散斑图案。
四、实验步骤1. 将激光器放置在适当位置，调整光路，使激光光束通过光学系统。
2. 调节凸透镜和平行光管，使激光光束呈平行光束。
3. 在光路上设置狭缝，控制光的传播范围。
4. 将屏幕放置在适当位置，观察和记录散斑图案。
五、实验结果与分析通过实验观察和记录，可以得到不同形状和大小的散斑图案。
散斑图案的特点是中央亮斑周围环绕着一系列暗斑和亮斑。
这种图案的形成是由于激光光束经过光学系统后，光波的相位差和衍射现象导致的。
散斑图案的大小和形状与光学系统的参数有关。
如果调节凸透镜的焦距或改变狭缝的大小，可以观察到散斑图案的变化。
通过对散斑图案的分析，可以计算出光的波长、光学系统的参数等。
六、实验应用1. 光学测量：利用散斑图案进行光学测量是激光散斑实验的重要应用之一。
通过测量散斑的尺寸和形状，可以计算出被测物体的尺寸、形状等信息。
2. 光学显微镜：激光散斑实验的原理也可以应用于光学显微镜中。
通过在显微镜中加入特定的光学系统，可以观察到更加清晰的显微图像。
散斑生成的原理实验报告
散斑生成的原理实验报告
一、实验目的：
研究散斑生成的原理。
二、实验原理：
散斑是由光线经过不同介质的扰动引起的光场干涉现象，其产生的原因是由于光线在传播过程中经历的相位差引起的。
当平行入射的光线通过透明介质时，由于介质中存在微小的不均匀性，如密度、厚度或折射率的变化，这些微小的不均匀性能够引起光线的相位差，从而使光波发生干涉。
三、实验仪器：
1. 激光器：用于产生单色、高亮度的激光光源。
2. 透明介质：如玻璃板、水晶板等。
3. 平行光束成形器：用于将激光束变为平行光束。
4. 平行光束分束器：用于将平行光束分成两束，以形成干涉。
5. 探测器：用于检测干涉图案。
四、实验步骤：
1. 将激光器打开，使其发出激光光束。
2. 通过平行光束成形器将激光束变为平行光束。
3. 将平行光束经过平行光束分束器，使其分成两束。
4. 一束平行光束直接射向探测器作为参考光，另一束平行光束经过透明介质后
射向探测器。
5. 观察探测器上形成的干涉图案，其中的散斑即为干涉的结果。
五、实验结果与分析：
观察实验结果可发现，在探测器上形成了一系列的亮暗交替的环形和条纹。
这些散斑的形成是由于光波的干涉引起的。
由于透明介质中存在微小的不均匀性，这些不均匀性能够引起光线的相位差，从而导致干涉。
六、实验结论：
散斑是由光线经过不同介质引起的干涉现象。
通过实验观察到的干涉图案，验证了散斑的产生原理。
散斑的研究在光学、物理等领域具有重要的意义，对于了解光的干涉现象以及介质的光学性质具有重要的参考价值。
激光实验报告
激光实验报告he-ne激光器模式分析一．实验目的与要求目的：使学生了解激光器模式的形成及特点，加深对其物理概念的理解；通过测试分析，掌握模式分析的基本方法。
对本实验使用的重要分光仪器——共焦球面扫描干涉仪，了解其原理，性能，学会正确使用。
要求：用共焦球面扫描干涉仪测量he-ne激光器的相邻纵横模间隔，判别高阶横模的阶次；观察激光器的频率漂移记跳模现象，了解其影响因素；观察激光器输出的横向光场分布花样，体会谐振腔的调整对它的影响。
二．实验原理1.激光模式的一般分析由光学谐振腔理论可以知道，稳定腔的输出频率特性为：vmnq?l1/21lc[q?(m?2n?1)]cos-1[(1—)(1—)] r2?r12?l (17)其中：l—谐振腔长度； r1、r2—两球面反射镜的曲率半径；q—纵横序数； m、n—横模序数；η—腔内介质的折射率。
横模不同（m、n不同），对应不同的横向光场分布（垂直于光轴方向），即有不同的光斑花样。
但对于复杂的横模，目测则很困难。
精确的方法是借助于仪器测量，本实验就是利用共焦扫描干涉仪来分析激光器输出的横模结构。
由（17）式看出，对于同一纵模序数，不同横模之间的频差为：mn:mn?ll1/2 c1(?mn)cos-1[（1－）(1－)] （18） r1r22?l?其中：δm=m－m′；δn=n－n′。
对于相同的横模，不同纵模间的频差为q:q?c?q 2?l 其中：δq=q－q′，相邻两纵模的频差为q?c 2?l （19）由（18）、（19）式看出，稳定球面腔有如图2—1的频谱。
（18）式除以（19）式得ll?mn:mn1?(?m??n)cos-1[(1－)(1－)]1/2 r1r2??q?（20）设：mn:mnq ； s=1?cos-1[(1－ll)(1?)]1/2 r1r2 δ表示不同的两横模（比如υ00与υ比，于是（20）式可简写作： 10）之间的频差与相邻两纵模之间的频差之(?m??n)?? s （21）只要我们能测出δ，并通过产品说明书了解到l、r1、r2（这些数据生产厂家常给出），那么就可以由（21）式求出（δm+δn）。
激光散斑测量物体表面粗糙度的研究
激光散斑测量物体表面粗糙度的研究
激光散斑测量物体表面粗糙度是一种常见的非接触式测量方法，它利用激光经过物体表面反射后形成的散斑图案来反映物体表面的粗糙度。
通过分析散斑的形态和强度分布，可以获得物体表面的粗糙度信息。
激光散斑测量一般包括以下几个步骤：
1. 激光照射：将激光束照射到待测物体表面。
激光的波长和功率通常需要根据待测物体的特性来选择。
2. 散斑图案获取：激光束经过物体表面反射后，形成散斑图案。
通过合适的光学设备（如衍射光栅、透镜等）将散斑图案投射到像面上，然后采用相机等图像捕获设备来获取散斑图像。
3. 图像处理：对获取到的散斑图像进行处理，例如去除背景噪声、提取散斑图案等。
常用的处理方法包括傅里叶变换、滤波等。
4. 特征提取：通过分析散斑图案的形态和强度分布，提取与物体表面粗糙度相关的特征参数，例如散斑尺度、形状等。
5. 数据分析：根据特征参数，利用合适的粗糙度评估方法（如均方根粗糙度、自相关函数等），对物体表面的粗糙度进行评估和分析。
激光散斑测量方法具有非接触、快速、高精度等特点，广泛应
用于粗糙度测量、表面质量控制等领域。
在工业制造、材料研究、纳米技术等领域都有重要的应用价值。
激光散斑测量(中国科大实验讲义)
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19
一维自相关函数图
实验曲线
拟合曲线
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20
一维互相关函数图
实验曲线
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21
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22
激光散斑实验
什麽是激光散斑现象? 激光散斑现象的特点
激光散斑的应用 散斑测量实验的内容 数据处理的方法和结论
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1
什麽是激光散斑现象?
• 当一束激光照射到具有漫射特性的粗糙表面 上时，在反射光的空间中用一个白色的屏去 接收光总可以看到一些斑点。这就是激光散 斑现象。
• 经透镜成象形成的散斑是主观散斑 。在自由 空间传播形成的 散斑叫做客观散斑。
xdx(1P 2/(P 1))
gc
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x
17
实验相关函数的计算
• 利用CCD和采集卡（10moons）得到的是BMP格式的图 象文件，调用程序可以将BMP图象文件转化为两维的 数据文件，也就是得到了CCD面阵所在的这一面积上 的光强的值I（i, j）(i,j=1,2…,N0) 。利用这些值就可以 计算散斑场的归一化样本自相关函数和互相关函数。 这些由计算机完成。
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6
由激光器出射的高斯光束
d
2W0
d=250mm ，=0.0006328mm ，w0=0.2244mm
d 1 w0 ( ) 2
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7
高斯光束的复振幅表达式：
I I0
W0 0.135I0
u ( x , y , z ) A exp[ ik ( x y ) ] q(z)
S P W
激光散斑测量(中国科大实验讲义)
高斯光束的传播公式
高斯光束过程中光束轮廓为绕Z轴旋转的双曲面
( z ) z (1
z w
0
z0 ) 2 z
2
w
2
2 0
(z) w
2 0
(1
z 2 ) 2 z0
高斯光束特性图解
R(z)z处波面曲率半径
W0=0.2244mm
z
准直距离 Z0=2W02 / =499.99mm
高斯光束经透镜后的变换
2W01
2W02
d1
d2
w d a ( ) ( f f f d d f CD是Charge-coupled devices的缩写
CCD的空间分辨率与每个 象元的尺寸和间距以及传输 mA/W 过程有关，本实验中大约为 14微米。 暗电流（主要由热产生） 很高的光电灵敏度， （CCD器件必须避免强光照 射。同学们在每次采样完毕 后应及时合上光窗或挡住 光）。 光谱响应 度
400
1050 波长/nm
实验中的光路参数
2w
2w01
He-Ne
2w02 CCD
d1
d2
p1
p2
实验目的
1)测量散斑的统计半径(通过计算散斑场各点光强 的自相关函数并拟合求出)
P S W
2)测量散斑的位移(通过计算两个散斑场各点光强 的互相关函数并寻峰求出)
P x dx( ) (P )
He-Ne Laser
透镜
客 观 散 斑 场 毛玻璃
CCD
PC
激光的产生
激光工作物质被激活(光、电能等)后产生粒子数反转， 发生受激辐射，能使光得到放大。光在由两片高反射 率的镜片和激活物质组成的谐振腔之间多次的反射形 成激光输出。
激光散斑照相实验
激光散斑照相实验1.激光散斑照相简介及用途当相干光照射粗糙表面时，漫散射光在物体表面前方相遇而产生干涉。
有些地方光强加强，有些地方光强减弱，从而形成大小、形状、光强都随机分布的立体斑点，称之为散斑。
这种随机分布的散斑结构称散斑场。
散斑法具有光学测量方法的共同优点：非接触式测量，可以遥感，得出结果可直观显示，并可给出全场情况。
它的测量灵敏度一般是以微米级为量度单位的，且在一定范围内可以调节。
此外，它的实验设备简单，试验的防震要求较低，环境气流影响不大，数据处理简便。
目前散班法已成为固体力学实验应力分析的重要手段之一，应用于断裂力学，塑性变形，瞬态变形，各向异性材料，生物力学，无损检验等领域，并开始应用于解决工程实际问题。
2.实验目的1.了解激光散斑的产生, 散斑干涉计量的特点, 用途;2.了解散斑图的记录及位移信息的提取方法----逐点分析法和全场分析法;3. 基本原理1.散斑的形成当相干光照射粗糙表面时，漫散射光在物体表面前方相遇而产生干涉。
有些地方光强加强，有些地方光强减弱，从而形成大小、形状、光强都随机分布的立体斑点，称之为散斑。
这种随机分布的散斑结构称散斑场。
散斑在某些场合，被看作是“噪声”，人们要想法来消除它。
但是，另一方面它也得到广泛的应用，如表面粗糙度的测量，像处理中的应用，干涉计量中的应用等。
散斑充满漫射光经过的空间，散斑场里的散斑分布是随机的，但是散斑场与形成散斑场的漫射面是一一对应的，称为自相关。
散斑干涉计量就是基于这种自相关性, 比较物体变形前后散斑的变化，从而测得物体各部分的位移或应变。
一般金属试件只要擦亮表面，对于无法磨亮或不够亮的试件，涂上增加漫射的物质，如白漆、银粉漆、玻璃微珠，对于透明试件将其表面略打毛，这些经处理后的表面在激光照射下，就能形成非定域的散斑场。
散斑法具有光学测量方法的共同优点：非接触式测量，可以遥感，得出 结果可直观显示，并可给出全场情况。
它的测量灵敏度一般是以微米级为量度单位的，且在一定范围内可以调节。
激光散斑测量实验报告
激光散斑测量实验报告实验报告一、引言二、实验仪器和原理实验仪器：激光、透镜、狭缝、幕布、尺子、直尺实验原理：1.激光散斑现象：当激光通过光学元件后，由于光的波动性，光束经过屏幕成为一幅杂乱无章的亮暗交替、相互交错的斑图，这种图案被称为散斑。
散斑的出现是由于光的相位随机分布所导致的，故散斑图案是一种统计性质的成像效应。
2.透镜焦距的测量：当激光通过透镜时，如果透镜的焦距为f，则在焦距前后的位置，散斑图案会有明显的变化。
通过观察焦距前后散斑的大小和形状，可以确定透镜的焦距。
3.狭缝宽度的测量：当激光通过狭缝时，经狭缝后的散斑会变得更加明显。
通过观察狭缝前后散斑的大小和形状，可以确定狭缝的宽度。
三、实验步骤1.将激光照射到透镜上，观察透镜前后的散斑图案。
2.移动屏幕，找到焦距前后的位置，观察散斑图案的变化。
3.测量透镜到焦距前后的距离，计算出焦距。
4.将狭缝放在激光路径上，观察狭缝前后的散斑图案。
5.测量狭缝前后散斑的距离，计算出狭缝的宽度。
四、实验结果及数据处理1.透镜焦距的测量：透镜到焦距前后的距离为d1和d2，焦距为f，根据几何关系可得：1/f=1/d1+1/d2根据测量数据计算得到透镜焦距为f = xx mm。
2.狭缝宽度的测量：狭缝前后散斑的距离为l，透镜到屏幕的距离为D，根据几何关系可得：d=f*l/D根据测量数据计算得到狭缝宽度为d = xx mm。
五、实验讨论1.实验中使用的激光是否满足单色条件？可以通过观察散斑图案的颜色变化进行判断。
2.实验中是否考虑了折射和衍射对散斑图案的影响？3.实验中使用的透镜和狭缝是否满足理想条件？是否考虑了它们的光学畸变？5.实验中的结果是否与理论值相符？如果不符合，可能的原因是什么？六、结论通过激光散斑测量实验，测量得到了透镜的焦距和狭缝的宽度。
实验结果表明，激光散斑测量是一种简便有效的方法，可以用来测量光学元件的性能参数。
同时，实验中也发现了一些实验中需要注意的问题，并提出了一些改进的建议。
激光散斑实验报告
一、实验目的1. 了解激光散斑成像原理和实验方法；2. 掌握激光散斑成像系统操作和数据处理；3. 分析实验结果，验证激光散斑成像技术在图像处理中的应用。
二、实验原理激光散斑成像技术是一种非接触、非侵入性的成像技术，通过分析激光照射在散射介质上产生的散斑图案，可以得到散射介质的二维速度分布图。
实验中，利用激光照射被测物体，被测物体表面反射的光线经过散斑形成，通过图像采集系统获取散斑图像，进而进行图像处理和分析。
三、实验仪器与材料1. 激光散斑成像系统：包括激光器、分光器、透镜、光电倍增管等；2. 被测物体：具有一定速度分布的物体；3. 图像采集卡、计算机、图像处理软件等。
四、实验步骤1. 连接激光散斑成像系统，调试激光器；2. 将被测物体放置在实验平台上，调整物体位置和角度；3. 开启激光器，调整激光束的入射角度和功率；4. 启动图像采集卡，记录散斑图像；5. 利用图像处理软件对散斑图像进行预处理、滤波、边缘检测等操作；6. 对预处理后的图像进行散斑分析，得到二维速度分布图；7. 分析实验结果，验证激光散斑成像技术在图像处理中的应用。
五、实验结果与分析1. 实验过程中，激光散斑成像系统能够稳定地获取散斑图像；2. 通过图像处理软件对散斑图像进行预处理，去除噪声和干扰；3. 对预处理后的图像进行散斑分析，得到二维速度分布图；4. 实验结果表明，激光散斑成像技术在图像处理中具有较高的准确性和可靠性；5. 激光散斑成像技术可以应用于生物医学、材料科学、工业检测等领域。
六、实验结论1. 激光散斑成像技术具有非接触、非侵入性、快速成像等优点，适用于多种场景下的图像处理；2. 通过实验验证，激光散斑成像技术在图像处理中具有较高的准确性和可靠性；3. 本实验为激光散斑成像技术在图像处理中的应用提供了实验依据。
七、实验注意事项1. 实验过程中，注意调整激光器功率和入射角度，确保散斑图像质量；2. 对散斑图像进行预处理时，合理选择滤波方法和参数，以去除噪声和干扰；3. 在散斑分析过程中，注意选择合适的分析方法和参数，以提高二维速度分布图的准确性。
激光散斑实验实验报告
激光散斑实验实验报告激光散斑实验实验报告激光散斑实验是一种常见的光学实验，通过观察激光光束在不同表面上的散斑图案，可以对光的传播和干涉现象进行研究。
本次实验旨在通过观察激光在不同材料上的散斑图案，探究光的干涉现象以及不同材料对光的作用。
实验装置主要由激光器、透镜、光屏和不同材料的样品组成。
首先，我们将激光器调整至合适的工作状态，确保激光光束的稳定和垂直度。
然后，将透镜放置在激光光束的路径上，调整透镜的位置和焦距，使得光束能够在光屏上形成清晰的散斑图案。
在实验过程中，我们使用了不同材料的样品，包括透明材料如玻璃和塑料，以及不透明材料如金属和纸张。
通过将这些样品放置在激光光束的路径上，我们可以观察到不同材料对激光的散斑效应。
实验中，我们将透明材料放置在光屏上方，而不透明材料则放置在光屏下方，以便观察到不同材料的散斑图案。
观察散斑图案时，我们可以看到一系列明暗相间的环形或条纹状图案。
这些图案是由于光的干涉所产生的。
当激光光束经过透明材料时，光的传播速度和路径会发生变化，从而导致光的相位发生变化，最终形成干涉图案。
而当激光光束经过不透明材料时，光的传播会受到材料的吸收和散射，从而形成不同的散斑效应。
通过实验观察，我们可以发现不同材料对激光的散斑效应有着不同的影响。
透明材料如玻璃和塑料会产生明亮的环形散斑图案，而不透明材料如金属和纸张则会产生暗纹或条纹状的散斑图案。
这是因为透明材料对光的传播影响较小，而不透明材料则会吸收和散射光线，从而产生干涉效应的差异。
除了观察不同材料的散斑图案，我们还可以通过调整透镜的位置和焦距，改变激光光束的直径和聚焦效果，进一步研究光的干涉现象。
通过调整透镜的位置，我们可以观察到散斑图案的变化，从而了解光的传播和聚焦的特性。
综上所述，激光散斑实验是一种重要的光学实验，通过观察激光在不同材料上的散斑图案，可以研究光的传播和干涉现象。
通过实验，我们可以了解不同材料对光的作用以及透镜的调节对散斑图案的影响。
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 （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ(x 2,y 2) 〉归一化后为： 其中： 互相关函数为：G C （x 1,y 1；x 2,y 2）=〈Ｉ(x 1,y 1) Ｉ’(x 2,y 2) 〉归一化后为： )](ex p[1),(222Sy x y x g ∆+∆-+=∆∆})](/1[ex p{})](/1[(ex p{1),(212212S P P d y S P P d x y x g y x C ρρ++∆-++∆-+=∆∆WP S πλ/2=其中实验数据（原始数据纸质提交）： N s x /像素 s y /像素 1 8.54 7.94 2 7.62 7.95 3 7.59 7.51 4 8.46 8.28 5 7.77 8.35 6 7.70 7.91 77.747.87))(/1(12P P d x x ρ+-=∆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 D 7.计算机123 4 5 6735cm30cm15cm55cm数据处理：（1）理论值计算：由公式：2101)(πλd w =得激光管口处腰束半径为：mm E w 2244.01415926.398.632*25.001==-=由2'2012'11''2)()1(d fW f dd f f λπ+---=得mm E 55.53)4328.6*502244.0*()506501(6505050d 2222=-+---=π 由公式：2'2012'120102)()1(fW f d W W λπ+-=得：mm E W 01726.0)50*4328.62244.0*()506501(2244.0222202=-+-=πP1=150-53.55mm=96.45mm)(479.110328.6/01726.0/42202mm W a =⨯⨯==-πλπ)(126.1)479.1/45.961(01726.0)/11()1(2/1222/12202mm a p W p W =+⨯=+=)(47.96)45.96/479.11(45.96)1/1(1)1(2222mm p a p p =+⨯=+=ρ)(0984.0)126.1/(55010328.6/42mm W P S =⨯⨯⨯==-ππλ ∆x 和∆y 计算:(这里d ξ=0.06mm)∆x = d ξ (1 + p2 / ρ(P1))＝0.06×(1 + 550/ 96.47)mm ＝0.4021（mm ） ∆y= d η (1 + p2 / ρ(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：mm E S P w 9990.01109.0*4328.6*5502=-==ππλ ∆x =0.014*(36+36+37+37+37+35)/6=0.5087mm 毛玻璃的平均实际位移量mm P P x d 076.047.96/55015087.0)(112=+=+∆=ρξ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 。
激光散斑法测量横向微小位移的实验
实验报告实验名称：激光散斑法测量横向微小位移实验实验时间：2015年12月18日班级：xxxx学生姓名：xxx同组人：xxx实验目的：1、观察激光散斑图，了解散斑的成因及特点。
2、掌握二次曝光法测量微小位移的原理和方法。
3、通过实际测量，验证位移量与散斑图像的关系公式。
实验仪器：导轨（800mm）、半导体激光器（650nm，25mW）、功率指示计+十二挡光探头、定时器、毛玻璃、扩束镜、准直镜、干板架、白屏、导轨滑块实验原理：激光散斑：激光自散射体的表面漫反射或通过一个透明的散射体（例如毛玻璃）后，因各点散射光或透射光干涉，在散射表面或附近的光场中可以观察到一种无规则分布的亮暗散斑。
利用激光散斑可以测量微小位移变化，具有无接触、高灵敏度等特点。
本实验中让激光通过具有粗糙表面的毛玻璃，在同一张全息干板上先后曝光两次，这样在同张激光干板上物体两幅散斑图，若物体有位移，则，两散斑图之间有一相对移动。
如果把散斑点看成圆孔，则各散斑点的移动在二次曝光散斑图上就相当于一对对“双孔”。
用激光束照射该散斑图，则会出现类似杨氏双缝干涉的图形。
λ由此可计算出微小位移。
由杨氏双缝理论：△y=ld实验内容与步骤：A、拍摄激光散斑图（1）调节图中实验装置，使得出射光束成为准直平行光。
（2）将毛玻璃片放在一维位移架上，使光斑打在毛玻璃屏中央部分。
（3）调节白屏位置，使白屏上光斑均匀。
（4）将全息干板放在白屏位置，在黑暗中，进行第一次曝光。
（5）微移全息干板位置后，进行第二次曝光。
并对全息干板进行处理，得到稳定的照片。
B、观察激光散斑图在激光器前放入拍好的散斑图，调节实验装置，使白屏上出现清晰的干涉条纹。
C、测量干涉条纹间距用刻度尺多次测量条纹间距,并在导轨上读出白屏与散斑图之间距离。
光波长λ取650nm.实验数据与分析：△y=y i5=0.9+0.85+0.8+0.85+0.85=0.84cm通过衍射条纹测得的位移d=lλ△y =0.2000×650×10−90.0084=1.5×10−5m横向位移L=0.7×1/50mm=1.4×10−5m误差η=d−LL×100％=7.1%L为一次测量量，其不确定度U L取仪器的最小精度2.0×10−5mL±U L=（1.4±2.0）×10−5m对于d，△y五次测量的不确定度公式分别用U=pn 2S x2+△仪2公式来计算，其中△仪取刻度尺的最小测量精度0.01cm，pn取1.24,S x2用贝塞尔公式s=S i−S平均23i=12，l的不确定度取仪器最小精度0.1cm，λ的不确定度取1nm。
激光散斑的测量实验
激光散斑的测量实验一、计算机的故障及排除方法：现象：打开计算机，计算机发出报警声。
原因：(1) 内存条或显卡松动。
(2) 系统部分文件残损。
排除方法：(1) 打开主机盖，拔下内存条和显卡，用擦皮擦一下接口的地方，再用劲插上，同时将其它的插条也顺便检查一下。
(2) 补装部分系统文件，如不行，将C盘格式化，重装系统文件。
二、CCD的故障及排除方法：现象：CCD不工作。
原因：(1) 在做实验的过程中，CCD处于开机状态时，大范围移动了CCD，CCD受到震动，一时恢复不了平稳状态，采集不到像点。
(2) 计算机主机内的采集卡松动。
(3) 采集卡系统文件缺损，造成采集卡不能工作。
排除方法：(1) 关闭CCD电源，关闭计算机，稍等几分钟再开。
(2) 打开计算机主机盖，将采集卡拔下，用擦皮擦一下接口处，再用劲插上。
(3) 重新安装采集卡系统文件。
[注意] 做实验时，光路摆好后才能打开CCD，不要将激光光束直接照在CCD 表面上，同时也不要长时间暴露在白光灯下，做完实验应及时将盖子罩上。
三、CCD数据处理的故障及排除方法：1. 现象：用自相关函数程序计算出的散斑半径Sx、Sy数值相差太远。
原因：光路不共轴。
排除方法：学会调节共轴。
先调激光器水平，激光束经反射镜直射CCD盖子上的十字叉中心；然后将透镜插入光路中，光束经透镜中央，以十字叉中心光斑为圆点扩束。
2. 现象：(1) 用互相关函数程序计算出的散斑位移量△x为零，△y有很大位移量。
(2) 用互相关函数程序计算出的散斑位移量△x为一定数值，△y也有位移量。
原因：(1) 磁性表座没有锁住；或千分头没有顶住调整架端面且实验桌有震动；或调图的次序错误。
(2) 在拍图片时，实验桌有震动。
排除方法：(1) 光路调节好，一定要将所有的磁性表座全部锁住，防止震动；在旋千分头时，千分头要顶住调整架端面，并且按同一个方向旋转，避免螺距差；在进行数据处理时，如果是顺时针旋转千分头，在做互相关计算时，是后一幅图和前一幅图比较，如果是逆时针旋转千分头，是前一幅图和后一幅图比较。
激光散斑的测量 (5)
激光散斑的测量目录实验目的实验原理实验器材数据处理实验总结原始数据实验目的（回目录）●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的数据处理方法。
实验原理（回目录）●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。
●实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，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) 〉实验器材（回目录）● 氦氖激光器，双偏振片，全反射镜，透镜 ，毛玻璃，CCD ，计算机222(,)1exp[()]x y g x y S∆+∆∆∆=+-WP S πλ/2=数据处理（回目录） 1. 理论值的计算01W 0.2244mm===53.55mm=mm20.098423.14159265 1.126S mm mm W π===⨯ 2550(1 )0.03(1 )0.2010()96.47P x d mm mm Z ξρ∆=+=⨯+= 2P y=d (1+)=0mm (Z)ηρ∆2.实际值的计算0.03误差较大，可能是因为实验中移动毛玻璃三小格操作误差较大。
实验总结（回目录）实验所用的计算Sx与Sy的程序相应较为缓慢（不排除硬件性能低原因），实验中经常出现“溢出”情况而非正常关闭。
另外，显示结果时只在一页显示而无翻页功能导致对若干r进行运算后便要清屏重新开始。
激光散斑实验
f
d
，现在缝距 d 就是位移量 0 。所以，
0
测出条纹间隔就可以得到微小位移 0 。
f
必须注意一点，位移 0 不能小于散斑的平均直径，否则不能形成散斑对。 但是位移 0 也不能过大，否则散斑分布发生变化，上面的讨论不能成立。 2) 图像相减（作为扩展内容）
二、 光路图
我们发现，这正是杨氏双缝干涉的强度公式，我们将看到一组平行等距的直条 纹。
图 3 散斑对 这个现象怎样理解呢？第一次曝光底片上记录下一个散斑分布，由于第二 次曝光时，位移量 0 极小，可以认为底片上的散斑分布不变，而只是整个散斑 分布整体平移微小位移 0 。因此，底片上形成很多散斑对，如图 3 所示。每个 散斑对都相当于一个杨氏双缝，并且这些散斑对的间距相等，其轴线也都是互 相平行的。把这张底片放在透镜前用平行光照射时，在后焦面上，每个散斑对 产生的杨氏干涉条纹相互叠加（非相干叠加），形成较为明亮的条纹。 在焦距为 f 的透镜后焦面上观察杨氏干涉条纹，我们知道，条纹间隔为
tA ，则在透镜的后焦面上，得到透射光复振幅的频谱为
i v0 ~ T (u, v) Aa (u, v) AbD(u, v)(1 e f ) 2
~ 其中 D(u, v) F{D(, )}
第一项表示中央亮点，对于第二项，我们在谱面上看到的强度是
i v 0 2 ~ AbD(u, v) 1 e f 2 2 2 v 0 ~ A2 b 2 D(u, v) cos2 f
激光散斑及其应用
（凝聚态物理 北京师范大学） [摘要]相干光射到粗糙表面上时，由于散射单元的分布完全任意，导致散射光 到空间各点的位相差随机分布，因此干涉图样随机分布，形成激光散斑。本实 验通过设计光路，观察到激光散斑的图像；并且移动被测物体，在干板上产生 散斑对，即微小杨氏双缝，通过设计读出光路，观察到干涉图样，根据干涉条 纹间距计算物体的微小位移，得到的误差不超过 5%。
激光散斑数据分析报告单(3篇)
第1篇一、项目背景随着光学检测技术的不断发展，激光散斑技术因其非接触、非破坏、高灵敏度等特点，在材料科学、生物医学、光学制造等领域得到了广泛应用。
本报告针对某次激光散斑实验数据进行分析，旨在揭示样品的表面形貌、内部结构以及材料性能等信息。
二、实验方法1. 实验装置：实验采用激光散斑干涉仪，配备高功率激光器、分束器、扩束镜、聚焦镜、探测器等设备。
2. 实验样品：样品为某新型复合材料，厚度约为2mm。
3. 实验步骤：（1）将样品放置于实验平台上，调整激光器功率和聚焦参数；（2）开启激光器，使激光束照射到样品表面；（3）探测器接收散射光信号，经处理后传输至计算机进行分析。
三、数据采集本次实验采集了多组激光散斑干涉图像，数据量较大。
以下为部分实验数据：1. 散斑干涉图像：展示了样品表面的散斑干涉图案，可直观反映样品的表面形貌。
2. 散斑图相位分布：通过相位解调技术，获取样品表面的相位分布信息，进一步揭示样品的内部结构。
3. 散斑图强度分布：分析了样品表面的强度分布，可用于评估样品的表面质量。
四、数据分析1. 散斑干涉图像分析：通过观察散斑干涉图像，发现样品表面存在明显的纹理特征，表明材料具有一定的微观结构。
进一步分析发现，样品表面的纹理具有一定的周期性，说明材料在制备过程中可能存在一定的工艺缺陷。
2. 散斑图相位分布分析：通过相位解调技术，获取样品表面的相位分布信息。
分析发现，样品表面存在一定程度的相位畸变，表明材料内部存在一定的缺陷。
进一步分析缺陷的分布和形态，有助于了解材料的内部结构。
3. 散斑图强度分布分析：通过分析散斑图强度分布，发现样品表面的强度分布不均匀，存在一定程度的波动。
这可能是由于材料内部存在孔洞、裂纹等缺陷导致的。
通过对强度分布的统计分析，可以评估样品的表面质量。
五、结论与建议1. 结论：（1）样品表面存在明显的纹理特征，表明材料具有一定的微观结构；（2）样品内部存在一定程度的缺陷，可能影响材料的性能；（3）样品表面强度分布不均匀，存在一定程度的波动。
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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
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1
，低于
10mm
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
(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
W P S πλ2=
，得m
nm mm
m SW P 68.88.6325.2145014.32=⨯⨯⨯==μλπ。