MATLAB处理与光学相关问题
时间:2019-07-21 11:04 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要：近年来光学仿真飞速发展，MATLAB作为一款具有矩阵运算、绘制图形等功能的软件非常强大。MATLAB程序进行仿真实验，能更形象地表现实验现象，并在某些实际中器材无法满足要求的情况下，可以实现理论上的实验结果，同时可更方便的改变各种参数，帮助我们实现对光学问题的深入研讨。 本文正是利用MATLAB软件的这个特点，在波动光学相关理论的基础之上，利用MATLAB编写程序代码，并通过 GUI界面设计，实现了光的干涉中牛顿环干涉和杨氏双缝干涉，光的衍射中夫琅禾费单缝衍射和圆孔衍射等几个典型实验的仿真，并将结果通过图形直观地体现出来，使我们更方便的研究光学相关问题。 37357 毕业论文关键词：MATLAB 波动光学 光的干涉 光的衍射 光学仿真 Using MATLAB to solve related optical problem Abstract：In recent years, with the rapid development of optical simulation, MATLAB as a software with functions of matrix operation and graphing is very powerful. Using MATLAB simulation program to show the experimental results is more vividly. When sometimes equipment can not meet the requirement, the experimental results can be achieved in theory with MATLAB. At the same time it can be more convenient to change various parameters, helping us to achieve depth discussion of optical problems. This article is sharp the use of this feature of MATLAB software, based on the theory of wave optics, using MATLAB programming code and through GUI interface design, to achieve several typical experiment such as Newton's rings interference and Young's double-slit interference in optical interference and single slit Fraunhofer diffraction and Round hole Fraunhofer diffraction in optical diffraction aperture. Finally the results reflected visually by graphics that make us study optical related issues easier. Key Words：MATLAB Wave Optics Optical interference Optical diffraction Optical simulation 目录 1绪论1 1.1光学仿真的研究意义.1 1.2MATLAB实现的优越性.1 1.3MATLAB处理光学仿真的主要内容.3 2波动光学的干涉与衍射现象3 2.1光的干涉现象.3 2.1.1波的叠加原理3 2.1.2光干涉的概念3 2.1.3两束光的干涉现象4 2.1.4产生干涉的条件4 2.1.5普通光源获得相干光的途径4 2.2光的衍射现象.5 2.2.1光衍射的概念5 2.2.2光衍射的理论基础5 3波动光学实验仿真的GUI界面设计6 4光的干涉实验仿真7 4.1基于MATLAB的牛顿环干涉仿真实验.7 4.1.1牛顿环装置7 4.1.2牛顿环干涉原理8 4.1.3基于MATLAB的牛顿环实验仿真程序.8 4.1.4牛顿环仿真实验结果与分析9 4.2基于MATLAB的杨氏双缝干涉仿真实验.11 4.2.1杨氏双缝干涉原理.11 4.2.2基于MATLAB的杨氏双缝干涉实验仿真程序12 4.2.3杨氏双缝干涉仿真实验结果与分析.13 5光的衍射实验仿真.16 5.1基于MATLAB的夫琅禾费单缝衍射仿真实验.16 5.1.1夫琅禾费单缝衍射原理.16 5.1.2基于MATLAB的夫琅禾费单缝衍射实验仿真程序16 5.1.3夫琅禾费单缝衍射仿真实验结果与分析.17 5.2基于MATLAB的夫琅禾费圆孔衍射仿真实验.19 5.2.1夫琅禾费圆孔衍射原理.19 5.2.2基于MATLAB的夫琅禾费圆孔衍射实验仿真程序20 5.2.3夫琅禾费圆孔衍射仿真实验结果与分析.21 6总结.22 1 绪论 1.1光学仿真的研究意义 光学重要组成部分之一的波动光学，包含干涉、衍射等重要内容，同时也是物理学基础学科中相对比较抽象难以理解的内容。生活中波动光学相关现象并不是很容易观察到的，学生在学习过程中一般需要通过做实验才能得到一个良好的接纳与理解。然而，在实验实践中，受天气、时间、实验仪器和场地等条件的制约限制，在传统的实验中现象并不是非常明显并且准确；另一方面，光学相关的实验对实验仪器拥有非常高的稳定性要求，平台需要防震防声波，相对比较复杂的光路搭建以及相关仪器的调试也是非常费时，耗资贵重的实验仪器也极易损坏，因而极大阻碍光学实验的进行。 计算机技术在21 世纪的飞速发展，带动了数值计算以及模拟仿真技术在各个科学研究领域的广泛应用，各类仿真制图软件应运而生，人们可以对需要研究的对象进行制作相应的数学模型，通过计算机程序实现相应的模拟和结果运算。使用计算机软件进行数值计算及操作模拟对于物理学实验有两方面重要意义：一方面对于没有具体解析解的复杂物理方程可以使用计算机直接进行数值计算；另一方面实际实验中不能实现的一些设想可以由计算机模拟来实现。仿真技术同样给光学研究及实验带来了极大的方便，利用仿真软件直接在电脑上进行光学实验显得十分快捷方便，既不需要大量的精密仪器资源，结果也十分直观，不受外界环境干扰。这是在原有的理论分析与实验实践基础上进而发展的新方法，利用模拟的方式实现客观世界的展现。 学生可以通过自己对MATLAB等仿真软件的学习与使用，建立相关实验现象模型，可以更好的学习了解相关专业知识，更好的掌握。 因此， (责任编辑：qin) |