1、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=d 2+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
2、：P 1=96.45mm (P1)=96.47mm P2= 550mm d=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 =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：201212 )()(dfWfdff d01201Wd代入数据，可得： 12 121 2222010221021d5()(6.5 9.6349.63.55fdf cmPPcmcmcdWdffffW
3、df 可 得由 公 式-7 -3222=63.8nm05/1.801cmccf 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： 21/ 30202221 22111()()50.166.10.()9. 9.634968010WaWdcma cmffacPccmc1/20.8cc可以求得散斑的统计半径 S： 37263.152.c/ 9.710.8cmSP(2)实验值的计算：组数 Sx/像素 Sy/像素 r S=(Sx+Sy)/21 7.74 8.57 11 8.162 7.67 9.00 13 8.383 7.53 8.71 12 8.124 7.10
4、8.32 10 7.715 7.50 8.46 10 7.986 7.46 8.37 10 7.92像素=112.7 m18.05iS则 S 理论值和实验值得相对误差为: -1.27-90%=105.%理 论实 验 理 论照在毛玻璃上激光光斑的平均半径: 2252.=63.8nmc3.142.7938.2.3810cmPwmS 则 W 的理论值和实验值得相对误差为: 9.8-01%=13.%w理 论实 验 理 论(3)求出毛玻璃的平均实际位移量6124idm像 素0毛玻璃的平均实际位移量 212434.7()5./9.6dx mPcm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
5、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，应以毛玻璃的组数 1-2 2-3 3-4 4-5 5-6 均值/像素x20 15 16 16 17 16/像素y00 00 00 00 00 0021cm 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
6、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10m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WPS2 mnS68.8.6325.1450.2
