激光散斑测量实验报告

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 = 3.14159265 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d 和d， d=3小格=0.03mm，d=0 光路参数：P1=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 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：

d2f'f'd1W012dd(11')2()W201W01dff'

2代入数据，可得：

f'd1d2f15cmP1d12d2(1')(')ff'P115cm5cm5cm62.1cm62.1cm25cm15cm5cm2W01229.633243cm9.633cm2由公式W02d11ff22W012d2d1d1ff2可得W02d2d1d1ff2=632.8nm10-725cm/62.1cm25cm15cm5cm221.80010-3cm

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：

2W02add1dff2225cm62.1cm25cm15cm5cm220.161cm10.161cm2a29.634cm(P129.633cm11)P19.633cmP19.633cm21.800103cm10.161cm1/2

221/2W(P1)W0(1P1/a)0.108cm可以求得散斑的统计半径S：

632.8107cm52.5cmSP2/W9.792103cm

0.108cm(2)实验值的计算： 组数 1 2 3 4 5 6

Sx/像素 7.74 7.67 7.53 7.10 7.50 7.46

Sy/像素 8.57 9.00 8.71 8.32 8.46 8.37

r 11 13 12 10 10 10

S=(Sx+Sy)/2

8.16 8.38 8.12 7.71 7.98 7.92

SSii1668.05像素=112.7μm

则S理论值和实验值得相对误差为:

S实验-S理论11.27-9.792100%=100%15.1%

S理论9.792照在毛玻璃上激光光斑的平均半径:

wP2=632.8nm52.5cm3.14112.7m938.32m9.38102cm S则W的理论值和实验值得相对误差为:

w实验w理论w理论100%=9.38-10.8100%13.1%

10.8(3)求出毛玻璃的平均实际位移量 组数 x/像素 y/像素 1-2 20 00 2-3 15 00 3-4 16 00 4-5 16 00 5-6 17 00 均值 16 00 ddii16616像素224m

d0

毛玻璃的平均实际位移量

d224mx34.7m

1P2(P)152.5cm/9.634cm1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

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）?

1答：散斑的大小用肉眼无法测量，其半径S数量级约为10mm，低于

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？ SP2SW3.145014m2.5mmP28.68m答：由

W，得632.8nm