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1、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
2、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）=(x1,y1) (x2,y2) 归一化后为：其中：互相关函数为：GC（x1,y1；x2,y2）=(x1,y1) (x2,y2) 归一化后为：其中 实验内容 1.氦氖激光器 2.双偏振片 3.全反射镜 4.透镜 5.毛玻璃 6.CCD 7.计算机123456745cm25cm15cm60cm1. 调节光路图如下图：2.调节光路的要求：。 a）各光学元件中心高度相等（21cm）。 b）注意保护CCD。 c）调好光路后锁紧磁性底座。3.程序操作和数据采集。4.光路参数和数据表格。 1)自相关求散斑大小
3、S。 2）根据散斑位移求毛玻璃的移动数据处理1. 各个常数如下：激光波长l = 632.8nm常数p = 3.14159265CCD像素大小=0.0014cm激光器内氦氖激光管的长度d=25cm会聚透镜的焦距所测数据为f（实际）=5.1cm 激光出射口到透镜距离d1=65cm透镜到毛玻璃距离P1=15.29cm毛玻璃到CCD探测阵列面P2=50.85cm(移动5次后的量)毛玻璃垂直光路位移量dx 和dh， dx=5小格=0.083mm，dh=02. 计算几个理论值：激光管口处腰束半径为： 经过透镜后高斯光束束腰距透镜的距离为： 经过透镜后高斯光束束腰半径为：故： P1=15.29-5.37=9
4、.92cm再由附录取1公式计算出：Dx = dx (1 + p2 / r(P1)0.0083*(1 + 50.85 / 9.92)0.0508cm3. 实验采集数据如下表：光路参数： =15.29cm ，r()=96.47 =50.85cm dx=5小格NoSxSy 1 7.69647 7.687007.69173 31 02 7.229427.904967.56719 22 03 7.42067 7.829277.62497 20 04 7.90101 7.704817.80291 26 05 7.39027 7.534247.46225 24 16 6.85399 7.532937.193
5、46则可以求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半径4.Dx和Dy的计算：对上述Dx,Dy求平均值：Dx =0.014*(31+22+26+24+20)/6=0.287mmDy=0.014*（0+0+0+0+0+1）/6=0.0023mm 求出毛玻璃的平均实际位移量 误差分析1.实验数据与理论值比较：实验中求得毛玻璃的平均实际位移量为0.046mm，而理论值为0.083mm，误差较大。照在毛玻璃上的光斑半径理论值为1.1257mm，而实际测得为0.7571mm，误差较大2. 误差原因分析：1) 可能是因为光路调节不佳。2) 另外光学仪器（如全反射镜）表面受污染被弄脏。 3）实验中其它光源可能会影响到C
6、CD的工作。 4）实验中氦氖激光器到透镜的距离没有比较准确的测量。 5）每次移动时很难保证移动距离都是5小格，可能会有所偏差。思考题1根据什么来选择激光散斑的光路参数（P1，P2）？答：考虑散斑大小与CCD像元的关系，使CCD上可以拍摄到较多的散斑，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像元，而毛玻璃与CCD表面的距离可以用卷尺测量？（卷尺的最小刻度为1mm）答：由公式和 可知由于P2的数量级比毫米大很多，用卷尺测量不会结果造成很大的误差。3毛玻璃上高斯光斑半径为W=2.5mm，想使表征光斑大小的参数S在CCD接受面上为50个像素，毛玻璃距接收面距离P2为多少？答：由公式知，