基于Matlab的衍射实验仿真

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摘要：以惠更斯—菲涅耳原理为理论基础，介绍了几种实现夫琅和费衍射的方法。用理论推导得出了夫琅和费单缝衍射的光强公式，并且得出了光强在衍射屏上分布的特点。对夫琅和费单缝衍射进行数学建模，运用MATLAB软件进行了计算机模拟仿真，获得衍射光强分布曲线及单缝衍射条纹分布图样。改变实验参数，对衍射图样进行对比分析，计算仿真结果和实验结果得到了很好的吻合。对比于实验室方法观察衍射现象，应用MATLAB对光学现象进行计算机仿真，不仅可以简化操作，而且可以使不同参数下的衍射模拟结果更容易观察。53726

毕业论文关键词：MATLAB，夫琅和费衍射，单缝，光强，仿真

Abstract：Based on the theory of Huygens-Fresne principle, several methods about implementation of Fraunhofer diffraction are introduced. According to theoretical derivation, light intensity formula of Fraunhofer single slit diffraction is obtained, also with the distribution of light intensity on the diffraction screen. Firstly, under a mathematical modeling of Fraunhofer single slit diffraction, distribution curve of diffraction light intensity and distribution pattern of single slit diffraction stripe are simulated by Matlab. Then, by adjusting the experimental parameters and comparing with the diffraction pattern, this simulation matches experimental results very well. In the end, compared to the laboratory method to observe diffraction phenomenon, simulation of optical phenomenon by MATLAB, can greatly simplify the operation, and also make it easier to get the diffraction simulation under different parameters.

Keywords: MATLAB, Fraunhofer diffraction, single slit, light intensity, simulation

1 引言 4

2 夫琅和费衍射原理 4

2.1 惠更斯—菲涅耳原理 4

2.2 衍射现象的分类 5

2.3 实现夫琅和费衍射的几种方法 6

2.4 本章小结 7

3 单缝夫琅和费衍射的光强公式和条纹分布特点 7

3.1 单缝夫琅和费衍射的光强公式 7

3.2 条纹分析 10

3.3 本章小结 11

4 MATLAB仿真及验证 12

4.1 MATLAB编程算法及仿真 12

4.2 单缝衍射条纹的仿真分析 13

4.3 条纹分布影响因素的对比分析 17

4.4 本章小结 17

结论 19

参考文献 20

致谢 21

1 引言

光波在传播过程中，当遇到障碍物时，光波会偏离原来的传播方向并弯入障碍物的几何阴影区内，形成光强的不均匀分布，这种现象称为光的衍射[1]。即所谓光的衍射现象就是指在光波传播时，除了反射和折射现象外，所有违反光的直线传播的现象[2]。使光波发生衍射现象的障碍物可以是开有狭缝或小孔的不透明的光屏、光栅，也可以是使入射光波的原有振幅和位相分布发生某种变化的透明的光屏，这些光屏都统称为衍射屏。源`自,751`.论"文'网[www.751com.cn

光的衍射现象是光的波动性质的一种重要的表现，关于光波衍射的研究是以惠更斯-菲涅耳原理为基础的。当光波在传播过程中，只要波面受到某种限制，就必然伴随着衍射现象的发生，当这种限制的空间几何线度与波长的大小可比拟时，光波衍射现象才显著的表现出来。在所有的光学系统，尤其是在成像光学系统中，一般情况下都是将光波限制在一个特定的空间域内，这使得在成像光学系统中的光波传播过程实际上就是一种衍射过程。