光学衍射和干涉现象的计算机仿真.doc

光学衍射和干涉现象的计算机仿真1光学衍射和干涉现象的计算机仿真目 录摘 要 .................................................................................................................................................2Abstract............................................................................................................................................3引 言 .................................................................................................................................................4一 光的衍射现象的仿真 ...............................................................................................................51．1 光的衍射现象 .................................................................................................................51．2 惠更斯— 菲涅耳原理 .....................................................................................................51．3 夫朗和费 衍射 .................................................................................................................71．3．1 夫朗和费矩形孔 衍射理论 .......................................................................................71．3．2 夫朗和费矩形孔衍射实验的 MATLAB 仿真 ........................................................81．3．3 夫朗和费圆孔衍射理论 .........................................................................................101．3．4 夫朗和费圆孔衍射实验的 MATLAB 仿真 ..........................................................111．3．5 夫朗和费单缝衍射理论 .........................................................................................121．3．6 夫朗和费单缝衍射实验的 MATLAB 仿真 .........................................................131．3．7 夫朗和费多缝衍射理论 ........................................................................................151．3．8 夫朗和费多缝衍射实验的 MATLAB 仿真 .........................................................16二 光的干涉 现象的仿真 .............................................................................................................182．1 光的干涉理论分析 ......................................................................................................182．2 杨氏双缝干涉的 MATLAB 仿真 ...............................................................................19三 结束语 .....................................................................................................................................22参考文献 .......................................................................................................................................22致谢 ...............................................................................................................................................22光学衍射和干涉现象的计算机仿真2光学衍射和干涉现象的计算机仿真摘要介绍了夫朗和费矩形孔、圆孔、单缝和多缝四种衍射，并通过 MATLAB 软件对其做了计算机仿真，获得了衍射图样和光强分布图。

同时还分析了光的干涉的基本理论，通过MATLAB 软件对杨氏双缝干涉实验进行了计算机仿真，获得了干涉图样和光强分布图并对改变实验参数所获得的条纹图样进行了对比分析，得出的结果和实际理论推导都相一致，为实际中的理论分析和实验教学提供了方便关键词：衍射，干涉，MTALAB，计算机仿真.光学衍射和干涉现象的计算机仿真3AbstractIntroduced Fraunhofer rectangular hole, hole, slit and multiple slit diffraction of four and their made by MATLAB software, computer simulation and optical diffraction patterns obtained intensity distribution. Also analyzed the basic theory of interference of light through the MATLAB software on Young's double slit experiment, computer simulation, obtained interference pattern and intensity distribution. And changing the experimental parameters obtained fringe pattern were compared, the results and the actual theoretical analysis are consistent with the practice of teaching theory and experiment provides a convenient.Keyword：Diffraction ,Interference, MATLAB,Computer simulation.光学衍射和干涉现象的计算机仿真4引言光的干涉和衍射是光学里最基本也是最重要的两种特性，为了加深对衍射和干涉的了解，其中的一些概念、原理往往需要用实验来进行验证，但是在现实的教学中，很多实验参数是现有设备所不能提供的，这就给实验操作带来了极大的限制，从而不能满足需求。

因此，开创新的教学模式是非常有必要，也是迫在眉睫的事为了解决实验硬件设备所不能提供的需要问题，计算机仿真就成了一种新的趋势方便，准确，是软件仿真的突出点它能够准确的把实验理论数据通过计算机仿真展现，避免了一些贵重仪器的经常性使用，并且能够把一些复杂的理论概念形象生动的展现出来，让学生更容易接受和掌握MATLAB 拥有强大的数值计算和图形处理功能，其中很多的指令表达式与数学、工程中常用的形式相似，简单易学本文就通过 MATLAB 强大的科学数值计算和出色的图形处理功能对夫朗和费衍射和杨氏双缝干涉实验进行了分析和图样仿真光学衍射和干涉现象的计算机仿真5一 光的衍射现象的仿真1．1 光的衍射现象光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，所发生的偏离直线传播的现象光的衍射，也可以叫光的绕射，既光可绕过障碍物，传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布通常将观察屏上的不均匀光强分布称为衍射图样图 1-1 光的衍射现象让一个足够亮的点光源 S 发出的光透过一个圆孔 Σ，照射到屏幕 K 上，并且逐渐改变圆孔的大小，就会发现：当圆孔足够大时，在屏幕上看到一个均匀光斑，光斑的大小就是圆孔的几何投影；随着圆孔逐渐减小，起初光斑也相应的变小，而后光斑开始模糊，并且在圆斑外面产生若干相间的同心环带，当使用白色光源时，这是一组色彩相间的彩色环带；此后再使圆孔变小，光斑及圆环不但不跟着变小，反而会增大起来。

这就是光的衍射现象光的衍射现象与光的干涉现象就其实质来讲，都是相干光叠加引起的光强的重新分布，所不同之处在于，干涉现象是有限个相干光波的叠加，而衍射现象则是无限多个相干光波叠加结果因此，对衍射现象的理论处理，从本质上来说与干涉现象相同，但是由于衍射现象的特殊性，在书许上遇到了很大的困难，以至许多有实际意义的问题得不到严格的解，因而，实际的衍射理论都是一些近似解法这里就介绍一下惠更斯—菲涅耳原理1．2 惠更斯—菲涅耳原理最早成功地用波动理论解释衍射现象的是菲涅耳，他将惠更斯原理用光的干涉理论加以补充，并予以发展惠更斯原理是描述波动传播过程的一个重要原理，其主要内容是：如图 1-2 所示，一波源 S，在某一时刻所产生的波面阵面为 Σ，则 Σ 面上的每一点都可以看作是一个次波源，它们发出球面次波，其后某一时刻的波面阵 Σ’ ，既是该时刻这些球面次波的包迹面，光学衍射和干涉现象的计算机仿真6波阵面的法线方向就是该波的传播方向惠更斯原理能够很好的结实光的直线传播，光的反射和折射方向菲涅耳在研究了光的干涉现象后，考虑到次波来自于同一光源，应该相干，因而波阵面 Σ’一点的光振动应该是在光源和该点之间任一波面上的各点发出的次波场叠加的结果。

这就是惠更斯—菲涅耳原理利用惠更斯—菲涅耳原理可以解释衍射现象：在任意给定的时刻，任一波面上的点都起着次波波源的作用，它们各自发出球面次波，障碍物以外任意点上的光强分布既是没有被阻挡的各个次波源发出的次波在该点相干叠加的结果根据惠更斯—菲涅耳原理，图 1-3 所示，单色光源 S 对于空间的任意点 P 的作用，可以看作是 S 和 P 之间任一波面 Σ 上各点发出的次波在 P 点相干叠加的结果假设 Σ 波面上任意点 。