1、陳楊pb05210097物理二班實驗題目：激光散斑測量實驗目的：了解單光束散斑技術的基本概念，并應用此技術測量激光散斑的大小 和毛玻璃的面內位移。實驗內容：本實驗中用到的一些已知量：（與本次實驗的數據略有不同）激光波長九=0. 0006328nnn常數兀=3.14159265ccd像素大小=0. 014nnn激光器內氨氛激光管的長度d=250mn會聚透鏡的焦距f =50nnn激光出射口到透鏡距離d產650nnn透鏡到毛玻璃距離=d2+pi=150nnn毛玻璃到ccd探測陣列面p2=550nnn毛玻璃垂直光路位移量dg和dr| , d=3小格二0. 03mn, dr|=0光路參數：pi=96.4

2、5mn p（ pj =96.47nnn p2= 550nnn d=3 小格二0. 03mn（理論值）數據及處理：光路參數：p1+d2=15cmp2=52. 5cmd1=激光出射口到反射鏡的距離+反射鏡到透鏡距離 =33. 6+2& 5=62.1cm f ,=5cmd=250rmnz=632. 8nm (1)理論值s的計算：經過透鏡后其高斯光束會發生變換,在透鏡后方形成新的高斯光束由實驗講義給的公式：xl j+知woiad7t代入數據，可得： =15 cm _ p(i-4)2+(4)2px = 5cm-5cm +5cm - 62. cm2+=9.633243cm - 9.633cm由公式

3、=1-2+7(dx7)632.8nmxl0'7 x25cm/7t62.1czn、i5 cm )2+25cmyi 5 cm)2=1.800 x 1 o'3此新高斯光束射到毛玻璃上的光斑大小w可以由計算氨氛激光器的高斯光束的傳播特性得到:cl25 cm/62.1c/71、25cm丿25加¥5cm)=0.161cm2pm=pi i+務/c roo1 . ( o161c"2)= 9.633cmx 1+ 9.633cm)=9.634cmw(片)=%(1+片力)"21.800x10_3c/?2x 1 +'9.633c 加、10161加丿=0.108cm

4、可以求得散斑的統計半徑s:s = ap2/ttw =9.792 xlo-3 cm632.8 xl0_7c/7ix 52.5cm7rx0.108cm(2)實驗值的計算:組數sx/像素sy/像素rs=(sx+sy)/217.748. 57118.1627. 679. 00138. 3837. 538. 71128.1247.108. 32107. 7157. 508.46107. 9867.468. 37107. 926外址“象"亦則s理論值和實驗值得相對誤差為:=s實驗理論s理論x 100%=11.27-9.7929.792xl00% = 15.1%照在毛玻璃上激光光斑的平均半徑:2p

5、w = =632.8nmx52.5cm 3 14 一 112.7“加=938.32“加=9.38x10-1加 7ts，則w0勺理論值和實驗值得相對誤差為:="實驗 j理論 x 100%=頭3牛丁x 100% = 13 愉論108（3）求出毛玻璃的平均實際位移量組數1-22-33-44-55-6均值心/像素201516161716y/像素0000000000006毗=上=16像索=224“加 6= 0毛玻璃的平均實際位移量av = d© 224/?_34 7um1 + & p（a）1 + 52.5cm/9.634cm本實驗中，調整光路是最關鍵的一步。尤其注意將各個光學

6、元件的中 心調到等高的位置（21cm）并使激光束照射在光學元件的中心。實驗體會：1、本實驗屬光學實驗，所以能否調整好光路是本實驗成功與否的關 鍵調整光路時應保證各光學元件中心等高，激光束穿過各元件的中 心。調好光路后要將磁性表座鎖好，以確保其不再發生移動.調整光 路時要一個一個光學元件逐次調整固定。為了保證等高，應該以最不 易改變高度的元件為基準來調節。本實驗中,應以毛玻璃的21cm為準。2、實驗進行時還應注意保護ccd,不要將激光束直接照射在ccd± ,調光路時要蓋好蓋子3、激光具有很強的能量，實驗時應注意安全,避免眼睛直視激光。思考題(1)根據什么來選擇激光散斑測量的光路參數?答

7、：光路圖如下：激光器的長度，激光波長，透鏡半徑及焦距，毛玻璃的面積和ccd 接收屏的大小是固定的，根據激光器的長度和透鏡的半徑可以大致確 定d1 ; d2和透鏡的焦距近似相等;p1 , p2由毛玻璃上的像點面積和 表征激光散斑大小的參數s在ccd接收面上的像元數目及激光波長有 關。(2)為什么在本實驗中散斑的大小用ccd像元r而毛玻璃與ccd表面 的距離可以用卷尺(最小刻度為1血1) ?答：散斑的大小用肉眼無法測量，其半徑s數量級約為10加"，低于 卷尺的最小刻度及最大允差，需要通過其他辦法將其"放大"到與原 散斑大小成一定比例才能間接測出，本實驗通過ccd像元來測量；而 毛玻璃與ccd之間的距離為幾十厘米，用卷尺完全可以較準確地測出。(3)毛玻璃上高斯光