1、),(),(1),(lm1 nxiyj mjliIjiINmlG学号：PB07203143 姓名：王一飞 院（系）：物理系 激光散斑测量【实验原理】 激光通过透明散射体，在空间各处发生散射。由于激光具有高度相干性，所以屏上每一点都是由数个相干光线叠加而成。由于随机性，一些位置叠加后光强增加，另一些减小，但整体有一定统计规律，形成激光散斑。 统计规律可用自相关函数 G（x 1,y1；x 2,y2）=(x 1,y1) (x 2,y2) 和互相关函数GC（ x1,y1；x 2,y2）=(x 1,y1) (x 2,y2) 来描述。用 CCD 取像，利用如下算法输入计算机编程计算。【实验内容】1、熟悉实
2、验装置本实验所用的装置放在光学平台上，如图 4 所示。氦氖激光器(本实验中用长 250 毫米的内腔式氦氖激光器，=632.8nm)的光束穿过各个元件的通光口径的中心。光学元件有：双偏振器（用来调节光强） ，透镜（用来改变激光束的发散角） ，毛玻璃（用来产生散斑） 。接收器件采用 CCD 器件，由 CCD 器件采集的光强信息经过采集卡（插在计算机的插槽内）进行 AD 变换，由模拟信号变成数字信号，再显示在计算机屏幕上，此数字信号同时存入计算机软盘或硬盘上便于数据处理。2、观察客观散斑场实验时先打开激光源，调节支架上的微调螺旋，使细激光束通过双偏振器、透镜和毛玻璃投射到 CCD 表面。用一个白纸屏
3、前后移动观察散斑场的分布情况。通过观察得到对激光散斑的对比度、形状和大小定性认识。3、用 CCD 拍摄散斑图将经透镜扩展的激光束投射到毛玻璃上，在毛玻璃和 CCD 之间形成空间散斑场。测量出透镜后激光的焦点（即束腰）至毛玻璃以及毛玻璃至光强分布仪表面的距离。从计算机中调图 1 实验装置 1.氦氖激光器, 2全反射镜, 3.双偏振片,4.透镜,5.毛玻璃 , 6.CCD, 7.计算机1234 567出采集程序进行采集。4、数据处理计算拍摄的散斑图的样本自相关和互相关函数。按附录 4 处理数据，求得散斑图上散斑颗粒的统计平均值 S 及两个散斑图的位移 x 1y 1，并根据光路参数 P1P2，计算出
4、激光高斯光束照在毛玻璃上的半径 W 和毛玻璃进行面内位移 d0的值。【数据处理】一、利用自相关函数求毛玻璃上的半径 W1 像素=14m 束腰=5.2cm P 1+束腰=16.5cm P 2=46.1cm1 2 3 4 5 6Sx(像素) 5.7165 5.52 5.642 5.8786 5.8161 6.231Sy(像素) 6.6816 6.2469 6.5259 6.7978 6.999 7.0185Sx(mm) 0.08003 0.07728 0.07899 0.0823 0.08143 0.08723Sy(mm) 0.09354 0.08746 0.09136 0.09517 0.097
5、99 0.09826表 1平均值 0.812m6.73+0.814.23+0.789.2+0.83nsixx 标准差 ， 相对误差为 1.7%.14m= UxAS平均值 0.9366.82+0.97.51+0.93.87+0935nsiyy 标准差 ， 相对误差为 1.8%.16= yAS亮斑面积不变，即 S 2 = xsym08735.9.08.syx m10.5496.012.4sU2S= 3-yASxA ， 相对误差为 1.7%0.154m.873 由 得：WP/2 m063.108735.c.62.S 0.95P m03547214.UtU3-ASpw ，9P m)3.06.1(，W二
6、、求出毛玻璃实际位移量1-2 2-3 3-4 4-5 5-6X 坐标 23 23 17 17 18Y 坐标 0 0 0 0 0表 2Y=0，y=0，d=0 dd=201-2 实际位移量：X=23，x=0.322mm实际位移量 m0634.521643.0P1xP1x=d222-1 ）（）（2-3 实际位移量：X=23，x=0.322mm实际位移量 0634.m521643.0P1xP1x=d223-2 ）（）（3-4 实际位移量：X=17，x=0.238mm实际位移量 0469.5216438.0P1xP1x=d224-3 ）（）（4-5 实际位移量：X=17，x=0.238mm实际位移量 m
7、0469.5216438.0P1xP1x=d225-4 ）（）（5-6 实际位移量：X=18，x=0.252mm实际位移量 0496.m52164.0P1xP1x=d226-5 ）（）（【思考题】1、 激光散斑测量的光路参数（P 1,P2）选择是根据什么？采样点总数越大，实验相关函数就越接近理论相关函数。但采样点总数有限，所以激光散斑测量的光路参数（P 1,P2）选择要使 CCD 上有足够多的散斑且散斑较为平均。2、 为什么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）？WS2P由 ， 知S2 2s2PwUSU）（）（ 又 ，所以 P2的
8、测量精度不需要很高，卷尺即可23、 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 个象元，毛玻璃距 CCD 接收面的距离 P2 为多少？已知 W=2.5mm，S=500.014mm=0.7mm，=0.0006328mmm86SWP2【改进与建议】由于光学器件上手印、灰尘比较多，所以经反射的激光束散射较严重，不容易调整好，而且导致实验现象不是很好。建议如果可以的话清洗一下光学器件。可以提供不同的毛玻璃片，比如厚度不同，材质不同（即粗糙度不同） 。这样我们可以通过实验结果作下分析，能更好的了解激光散斑的原理和应用。【应用】对透明固体的厚度、粗糙度、非均匀性的测量
