深 圳 大 学 实 验 报 告
课程名称: 大学物理实验(1)
实验名称: 薄透镜焦距的测量
学院:
专业: 班级:
组号: 指导教师:
报告人: 学号:
实验地点 科技楼906
实验时间: 年 月 日星期
实验报告提交时间:
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l = 0.0006328mm
常数p = 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dx 和dh, dx=3小格=0.03mm,dh=0
光路参数:P1=96.45mm r(P1)=96.47mm P2= 550mm dx=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:
代入数据,可得:
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:
可以求得散斑的统计半径S:
(2)实验值的计算:
像素=112.7μm
则S理论值和实验值得相对误差为:
照在毛玻璃上激光光斑的平均半径:
则W的理论值和实验值得相对误差为:
(3)求出毛玻璃的平均实际位移量
毛玻璃的平均实际位移量
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)?
答:散斑的大小用肉眼无法测量,其半径S数量级约为,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?
答:由,得
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