在物理教学中衍射部分内容抽象、概念繁多、对实验的依赖性大。光学实验是学习光 学过程中不可缺少的，但光学实验对仪器的稳定性要求很高，实验平台要求防震，对于复 杂的光路搭建和实验仪器的调试很耗费时间，而且环境中温度、湿度对实验都会对实验效 果有一定的影响，导致实验结果与预期结果存在偏差，因此很难达到实验预期的结果和现 象。 

随着计算机的发展，利用计算机对光学实验现象进行仿真则非常的方便，Matlab 是一 款集数值分析、图形处理、系统仿真等功能于一体的科学与工程计算软件，它具有简单易 学、拓展性强、人机交互好、编程效率高等优点。由于不受实验仪器的限制，所以可以改 变模拟参数获得很多不同的仿真结果，动态直观的展示各个物理量之间的关系，对于深入 具体理解光学理论有重要作用。 

本文将依据夫琅禾费衍射原理，利用 Matlab 软件编程进行仿真，可以方便的调整参数 进行模拟，结果非常直观明确。 

本文的主要内容安排如下： 

第二章将阐述夫琅禾费衍射理论[1-2]、分析矩形孔夫琅禾费衍射场分布、光强分布以及 衍射条纹的分布特征等，第三章将对矩形孔衍射进行 Matlab 仿真，讨论仿真结果，进而通 过修改矩形孔的高度、宽度和入射光波长等参数，对比结果，分析实验参数对结果的影响。 2 夫琅禾费矩形孔衍射 

光的衍射现象是指光遇到障碍物时偏离直线传播方向的现象。即光可以绕过障碍物， 传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的接收屏上呈现出光强的不均匀分布。一 般按照光源、衍射屏、观察屏三者相互距离的远近，将衍射现象分为两大类：菲涅尔衍射 和夫琅禾费衍射。光源和观察屏或二者之一距离衍射屏为有限远时，所观察到的衍射为菲 涅尔衍射。光源和观察屏离开衍射物体都为无穷远时的衍射为夫琅禾费衍射。因为夫琅禾 费衍射是光学系统的成像理论和现代光学中的重要内容，而且又是光学仪器中最常见的衍 射现象，因此研究夫琅禾费衍射具有重要的实际意义。 

在研究衍射问题时，衍射光的强度大小和空间分布的大小和形状是衍射问题研究的主 要内容。而不同的衍射物体对应的衍射光强度大小和空间分布都各不相同。本章将就矩形

孔的夫琅禾费衍射进行讨论。 

2。1 实验装置 

图 2。1 为夫琅禾费矩形孔衍射实验装置示意图,设光源为单色光源,让该平行光源垂直 入射到矩形孔上，在矩形孔后面放置一个焦距为 f 的会聚透镜，在透镜的像方焦平面上放 置观察屏，则在观察屏上能观察到夫琅禾费矩形孔衍射图样。 文献综述

图 2。1 夫琅禾费矩形孔衍射实验装置示意图 

2。2  衍射场及光强分布 

如图 2。1 所示，设波长 λ 的平行光正射到宽度为 a，高度为 b 的矩形孔上，若矩形孔 上的光场分布均匀，则瞳函数为常数。根据菲涅尔-基尔霍夫衍射理论则可以得到透镜焦 平面上任一 P(x,y)点的光场复振幅[3]为 

其中观察屏中心点 P0 处的光场复振幅为 

  真空中的波数为 

α,β 分别为 

 

由光强公式及式（2。1）可以知道 P 点的光强度为 

 

其中 I0 是 P0 点的强度， I0 =|Cab|2 。 

2。2。1  衍射光强分布 

对于沿 x 轴的光强度分布[4]，此时 y=0，有