基于Matlab的光的波动特性的数值模拟+程序代码
本课题是以波动光学的干涉和衍射理论为基础，撰写图形用户界面的仿真软件，实现了仿真过程中的人机交互。开发出丰富的Matlab光学工具箱，实现波动光学中杨氏双缝干涉，牛顿环，迈克尔逊干涉仪，多缝干涉，单缝和圆孔的夫琅禾费衍射以及平面光栅的衍射等典型实验的Matlab仿真。并且通过图形用户界面改变实验参数值，观察不同参数值下的干涉及衍射仿真图像以及光强分布，分析不同参数值对光强分布曲线变化的影响。
关键词 波动光学 Matlab 仿真 GUI界面
毕业设计说明书外文摘要
Title Numerical simulation of light wave characteristics based on Matlab
Abstract
Matlab ,a basic teaching implementation which contains both picture depiction and matrix calculation ,can apply in many courses such as time series analysis ,image processing,linear algebra, automatic control theory,Digital signal processing and dynamic system simulation.Matlab is an effective programming language which includes high efficiency Numerical calculation and Data visualization.
This subject,based on the interference and diffraction theory of wave optics,wrote a simulation software with GUI and made the man-machine interaction come true during the simulation.it also developed various Matlab optical tool-box,realized the simulation of typical experiment in wave optics such as Young's double slit interference， Newton's rings，Michelson interferometer， multi-slit interference， single slit diffraction，Fraunhofer circular hole diffraction，single-slit Fraunhofer diffraction and grating diffraction.In addition,by changing parameters with GUI,it can observe the interference and diffraction image and the distribution of light intensity ,and analyze the influence on the light intensity distribution curve under different parameters.
Keywords wave optics Matlab simulation graphical user interface
目 次
1 绪论 1
1.1 光学仿真的研究意义1
1.2 国内外研究现状1
1.3 Matlab仿真的特点2
1.4 本课题的研究内容2
2 光的干涉 3
2.1 光的干涉 3
2.2 杨氏双缝干涉 3
2.3 迈克耳逊干涉仪 8
2.4 牛顿环 9
2.5 多缝干涉11
3 光的衍射13
3.1 光的衍射13
3.2 单缝的夫琅禾非衍射14
3.3 圆孔的夫琅禾非衍射18
3.4 光栅衍射 19
结论 23
致谢 24
参考文献25
附录27
1 绪论
1.1 光学仿真的研究意义
Matlab是一款优秀的科学计算软件。它的功能主要体现在数值运算，符号运算和可视化等方面。用Matlab软件可以对各种波动光学实验进行模拟仿真，最后得到的是以实验结果为基础的清晰直观的仿真图像。Matlab的图形用户界面(Graphical User Interface，GUI)具有良好的交互性能[1]。界面具有参数修改功能而且操作很简单，用户可以通过输入或修改参数的方式得到与参数对应的动态仿真图像。通过Matlab软件我们可以模拟过去难以实现的只能想象的实验并可以由此解决许多只能定性分析而难以定量求解的一些实验难题。Matlab软件还可以做出许多复杂而具有说服力的多文图形。在Matlab软件模拟中我们可以很容易的避免在干涉实验中很难求得光源的单色性，接收器时间响应能力过长的问题。光学实验教学中可以通过计算机仿真技术来获得不同参数值下的实验结果，以此来总结出光学规律[2]。这不仅不受实验环境的限制而且大大提高实验效率，提高教学质量。Matlab光学工具箱在光学仿真中操作简单方便，不受实验条件限制，可控性强，观测方便形象等特点把那些学生很难理解的多缝干涉，菲涅耳衍射，夫琅禾费衍射等抽象的内容变为生动直观的图像变化。这不仅促进科研事业的发展而且节省很多物力和人力。Matlab光学工具箱的开发不仅避免因设计上的不合理所导致的器件损坏，而且可以排除温度、湿度等随机因素的影响。