激光散斑的測(cè)量講解

1、激光散斑的測(cè)量By金秀儒物理三班Pb05206218PAGE I實(shí)驗(yàn)題目：激光散斑的測(cè)量學(xué)號(hào)：PB05206218實(shí)驗(yàn)題目：激光散斑的測(cè)量姓名：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。實(shí)驗(yàn)儀器：CCD,計(jì)算機(jī)。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I (x1,y1) , I (x2,y2)，我們定義光強(qiáng)分布的自相關(guān)函數(shù)為：G (x1,y1 ; x2,y2 ) = I (x1

2、,y1) I (x2,y2)進(jìn)行歸一化處理，可以得到歸一化的自相關(guān)函數(shù)為：g(Ax, Ay) =G(Ax) / = 1 +exp-(&x2 +&y2) /S2(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上的散斑光弓II分布為I (x1yD ,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 九=Jd& +dH )觀察面任意一點(diǎn)Q2上的散斑光強(qiáng)分布為I(x1,y1)定義光強(qiáng)分布的互相關(guān)函數(shù)為：GC (x1 ,y1；x2,y2)= ；可以，歸一化的互相關(guān)函數(shù)為:x d (1 P關(guān)函數(shù)為:x d (1 P2/ ：(R) 29c( x, ：y) =1 exp-S exp-y + d

3、 城1 + P2/P(P)s22實(shí)驗(yàn)光路圖1.實(shí)驗(yàn)光路圖1.氫速激光器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)PAGE II數(shù)據(jù)處理及結(jié)論:、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）廳P9 max9 mingmax gmin散斑半徑散斑半徑擬合誤差位置位置SSX*SSY*11.7752.246 x10-60011.76010.767一-35.544x1021.7603.678 X10-60011.89810.737-35.610 x1031.8554.553 X10-50011.41611.010-34.812x1041.8412.879 X10

4、-100011.55511.283-35.418x1051.8095.3出 10-70011.79711.795-35.387X10-361.768 3.256 X10-10j 0。011.196 -r11.9855.717X102、計(jì)算互相關(guān)：此列全為零！為什么？FFT . 一序號(hào)9maxgmingmax位置gmin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）PAGE III、數(shù)據(jù)處理:1.完成

5、實(shí)驗(yàn)理論值w和s的計(jì)算= 2.24x10“m；-dT 632.8 25.00 102 10，= 2.24x10“m；W01 _一JI一 13.1415926JId2f -d12(牛2 ,f=5 105 10/ -35 10立35)2 (二 2.24d2f -d12(牛2 ,f=5 105 10/ -35 10立35)2 (二 2.242 10 ,)25632.8 100= 3.50 10，w02 =W01(2.24 m 10)2/2 二 |2-8=3.50父10 m；d 2二 w2 235 2 二 2.242 102(1*)2 .(01 )2(1_3)2 ( 9 U )2, f f I 563

6、2.8 105 10R -l3 -d2 -13.40 102 -5.73 102=7.67 10 ；_2W023.1415926 (3.50 10,)2632.8 109= 6.08 10m；p2 -5(7 67 10 )2 -4MP1) =w02 (1 ”)2 =3.50 10(1()2 =4.43 10 m;a2(6.08 10)2 p2632.8 10，53.20 10, 7 = TTZ4二 w(p1)二 4.43 10= 2.42 104m;2.完成實(shí)驗(yàn)值的計(jì)算a）求出照在毛玻璃上激光光斑的平均半徑w = B二 S11.76010.76711.26411.89810.73711.318

7、11.41611.01010.71211.55511.28311.41911.79711.79511.79611.19611.98511.590- 11.264 11.318 10.712 11.419 11.796 11.590 一-s =11.350 像素；6_3_-4= 11.350 0.014 10 m =1.59 10 m ；PAGE IV因此，s =1.59 10 -m ； p2632.8 10 / 53.20 10/工w=*=6.74 10 m;二 s 3.1415926 1.59 10b）求出毛玻璃的平均實(shí)際位移量d1 P2 b）求出毛玻璃的平均實(shí)際位移量d1 P2 D(P1)

8、2_a _ 2： (P1); P1(1 -2) =7.67 10(1Pi(6.08 10與6.76 1022-)=7.732 10、;28 23 28 21 28工4x =父0.014父10 =2.987父10、；y =0 ；2.987 10/5因此，d工1 因此，d工1 + P21二：由1 . 53.20 10 27.73 10-實(shí)驗(yàn)中，實(shí)際位移應(yīng)該是 d =3.00父10上m ,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心。調(diào)好光路后要將磁性座鎖好

9、，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)巾 ，.Ax2+Ay2一 ，,. xAx2 + Ay2 TOC o 1-5 h z 果，g(Ax, Ay) =1+exp(-)(理論公式)和 g(Ax,Ay) =口 + 0 exp(-)S2S2（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；總的來說，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

10、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：.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。PAGE V.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像元來測(cè)量。.毛玻璃上高斯光斑半徑 W=2.5mm ,想使表征激光散斑大小的