基于Matlab的衍射实验仿真(2)

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研究光波的衍射特性,对于理解衍射现象的实质,研究光波在光学系统中的传播规律,分析图像空间频谱分布特点等具有非常重要的意义。但是,在实际实验过程的中，由于光波波长较短,而且光学实验对光学系统以及外部环境条件的要求较高，导致在实际的实验操作和图像观察上存在着诸多不便。随着计算机仿真技术的发展，用计算机对光的衍射现象进行模拟仿真有助于对其物理本质更好的研究。而且计算机模拟仿真又有易操作、无破坏、观察简单、成本低廉等优点,为实现数字化的方法模拟仿真现代光学实验提供了一种很好的手段[3]。本文探讨利用MATLAB软件实现对单缝衍射屏的夫琅和费衍射实验进行的计算机模拟仿真。本课题涉及到光学衍射知识，计算机仿真，软件编程等知识内容的综合运用[4]。

本文的主要内容安排如下：

第二章将介绍单缝夫琅和费衍射现象的基本原理和实验问题及实现单缝衍射的方法；第三章将重点介绍建立实验系统，进行实验分析，对单缝衍射物理现象的数学抽象，建立科学可行的数学模型，以此进行程序编写，系统仿真，不同参数的比较仿真实验；第四章将应用MATLAB实现单缝衍射的仿真，并对仿真结果展开讨论。

2 夫琅和费衍射原理

本章将以惠更斯—菲涅耳原理为基础，指出四种获得夫琅和费衍射的方法。

2.1 惠更斯—菲涅耳原理

惠更斯在1690年为了表述波在各点逐步传播的机理，曾提出一个假设：波前（即波阵面）上的每一点都可以看作是一个次级扰动中心，发出球面子波；这些子波的包络面在后一时刻就会形成新的波前。惠更斯的这一假说，通常被称为惠更斯原理。惠更斯原理能够很好地解释光的直线传播，光的反射和折射方向，但不能说明衍射过程及其强度分布。

在研究了光的干涉现象后，菲涅耳根据次波来自于同一光源，应该相干这一基本原理，推导出波阵面上每一点的光振动应该是光源和该点之间任一波面上的各点发出的次波波场相干叠加的结果。菲涅耳利用“子波相干叠加”的思想补充了惠更斯原理，称为惠更斯—菲涅耳原理。