激光散斑的測(cè)量

1、激光散斑的測(cè)量By 金秀儒物理三班Pb05206218 實(shí)驗(yàn)題目：激光散斑的測(cè)量 學(xué)號(hào)：PB05206218姓名：金秀儒 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饧す馍叩慕y(tǒng)計(jì)特性，學(xué)會(huì)兩種處理激光散斑的重要方法-自相關(guān)函數(shù)法和互相關(guān)函數(shù)法。5-實(shí)驗(yàn)儀器：氦氖激光器，全反射鏡，雙偏振片，透鏡，毛玻璃， CCD，計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)原理：激光自散射體的表面漫反射或通過一個(gè)透明散射體時(shí)，在散射體表面或附近的光場(chǎng)中可以觀察到一種無(wú)規(guī)則分布的亮暗斑點(diǎn)，稱為激光散斑。（1）自相關(guān)函數(shù) 假設(shè)觀察面任意兩點(diǎn)上的散斑光強(qiáng)分布為，我們定義光強(qiáng)分布的自相關(guān)函數(shù)為：G（x1,y1；x2,y2）=(x1,y1) (x2,y2) 進(jìn)行歸一化處理，可以得

2、到歸一化的自相關(guān)函數(shù)為：（2）兩個(gè)散斑場(chǎng)光強(qiáng)分布的互相關(guān)函數(shù)：假設(shè)觀察面任意一點(diǎn)Q1上的散斑光強(qiáng)分布為，當(dāng)散射體發(fā)生一個(gè)變化后（如散射體發(fā)生一個(gè)微小的平移）觀察面任意一點(diǎn)Q2上的散斑光強(qiáng)分布為定義光強(qiáng)分布的互相關(guān)函數(shù)為：;可以,歸一化的互相關(guān)函數(shù)為：實(shí)驗(yàn)光路圖 1.氦氖激光器 2.雙偏振片 3.全反射鏡 4.透鏡 5.毛玻璃 6.CCD 7.計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理及結(jié)論：一、原始數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)計(jì)算結(jié)果：1、FFT計(jì)算自相關(guān)系數(shù)：（r=15）FFT計(jì)算自相關(guān)系數(shù)：（r=15）序號(hào)位置位置散斑半徑SSX像素散斑半徑SSY像素?cái)M合誤差11.7750011.76010.76721.7600011.89810.7

3、3731.8550011.41611.01041.8410011.55511.28351.8090011.79711.79561.76800此列全為零！為什么？11.19611.9852、計(jì)算互相關(guān)：FFT計(jì)算互相關(guān)系數(shù)： 序號(hào)位置位置（1；2）1.4750.346280（2；3）1.6340.347230（3；4）1.5750.370280（4；5）1.6150.365210（5；6）1.5290.3552803、相關(guān)參數(shù)（光路圖見實(shí)驗(yàn)原理部分，已做必須修改）：相關(guān)參數(shù)： 光路參數(shù)：；激光波長(zhǎng)：；透鏡焦距：；1CCD像素實(shí)驗(yàn)光路圖：二、數(shù)據(jù)處理：1 完成實(shí)驗(yàn)理論值w和s的計(jì)算；2 完成實(shí)驗(yàn)值

4、的計(jì)算a) 求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半徑 ；散斑半徑SSX像素散斑半徑SSY像素S=1/2（SSX+SSY）11.76010.76711.26411.89810.73711.31811.41611.01010.71211.55511.28311.41911.79711.79511.79611.19611.98511.590像素； ；因此，；b) 求出毛玻璃的平均實(shí)際位移量 ；因此，；實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際位移應(yīng)該是，相差不大；實(shí)驗(yàn)小結(jié)及建議：本實(shí)驗(yàn)是一個(gè)比較精確的實(shí)驗(yàn)，引起誤差的主要因素有如下述：儀器方面，光路調(diào)整的好壞直接影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果；調(diào)整光路時(shí)應(yīng)保證各光學(xué)元件中心等高，激光束穿過各元件的中

5、心。調(diào)好光路后要將磁性座鎖好，以確保其不再發(fā)生移動(dòng)；讀數(shù)方面，本試驗(yàn)為2人合作，一人看電腦，一人調(diào)光路，配合的默契程度也會(huì)影響結(jié)果； 從本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)看，一方面，本實(shí)驗(yàn)主要的數(shù)據(jù)處理已經(jīng)由計(jì)算機(jī)完成，就自相關(guān)結(jié)果，（理論公式）和（實(shí)驗(yàn)公式）的結(jié)果基本是符合的；另一方面，互相關(guān)時(shí)誤差相對(duì)而言較大，估計(jì)誤差是主要來(lái)自用手調(diào)節(jié)3格時(shí)，兩人配合不默契，造成的誤差；總的來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本讓人滿意，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)比較準(zhǔn)確。另，用MathType編輯公式時(shí)，發(fā)現(xiàn)有時(shí)公式出現(xiàn)斜體，有時(shí)則不是，不知道是否有什么技巧加以控制操作？（貌似斜體的比較好看。）一般要求斜體，你可以試試，能否變成正體思考題：1.

6、 激光散斑測(cè)量的光路參數(shù)（P1,P2）選擇是根據(jù)什么？答：選擇的依據(jù)有二：一則根據(jù)透鏡的焦距，再則必須考慮散斑大小和CCD象元大小的關(guān)系，選擇恰當(dāng)時(shí)可以使畫面中有足夠多的散斑，且圖象有足夠的像素，這樣的采集圖片在分析時(shí)才能得到較好的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。2. 為什么在本實(shí)驗(yàn)中散斑的大小用CCD象元，而毛玻璃與CCD表面的距離可以用卷尺（最小刻度為1毫米）？答：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中散斑大小很小，一個(gè)象元對(duì)應(yīng)0.014mm，是尺度較小的長(zhǎng)度單位，適合描述散斑的大小，數(shù)值更方便運(yùn)算。而毛玻璃與CCD的距離為50厘米左右。由誤差的均分原理，毛玻璃與CCD的距離的測(cè)量誤差對(duì)最終誤差的貢獻(xiàn)可以忽略，故 P2的測(cè)量直接用米尺即可，而散斑的大小則要用較為精確的CCD像元來(lái)測(cè)量。3. 毛玻璃上高斯光斑半徑W=2.5mm，想使表征激光