Matlab双圆孔衍射仿真研究(菲涅尔和夫琅禾费衍射)
本文对于衍射概念、以及两种衍射实验的区别、原理及光强分布编程做了详细全面的介绍，并用Matlab软件对典型的衍射现象建立了数学模型，对衍射光强分布进行了编程运算，对衍射实验进行了仿真。本文中分别对菲涅尔和夫琅禾费衍射进行仿真，并且模拟出了其圆孔，双圆孔，四圆孔的衍射图样。从菲涅尔四圆孔的衍射图样引入我们初步探讨一个很重要的光学现象—光学涡旋。
关键字：Matlab；衍射；衍射实验仿真; 菲涅尔衍射；夫琅禾费衍射6963
毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title The simulation of two-hole Fresnel diffraction
Abstract
Optical diffraction experiment is a very important experiment, the diffraction phenomenon of light wave theory of light provides a strong evidence. Computer simulation of optical diffraction experiment not only in scientific and engineering computing has played an important role, but also in optics in the education sector also attracted wide attention. In this paper, based on the simulation of the system to achieve optical experiments using Matlab simulation theory and method, and optical diffraction experiment are presented in detail the simulation results.
This concept of the diffraction, and the difference between two kinds of diffraction experiments, light intensity distribution of programming principles and made a detailed and comprehensive introduction to, and use Matlab software to set up a typical mathematical model of diffraction, the diffraction intensity distribution of the programming operation, the diffraction experiment is simulated. his paper respectively to Fresnel and Fraunhofer diffraction are simulated, and the simulation shows its hole, double hole, four hole diffraction pattern. From four Fresnel circular aperture diffraction patterns into our preliminary discuss a very important optical phenomena- optical vortex.
Key word: matlab; diffraction ;diffraction experiment simulation;Fresnel diffraction; Fraunhofer diffraction
目录
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MATLAB 2
1.3 Matlab仿真的优越性 3
1.4 仿真的主要内容3
2 光的衍射理论 4
2.1 光的衍射现象 4
2.2 惠更斯-菲涅尔原理 5
2.3 菲涅尔-基尔霍夫衍射7
2.4 基尔霍夫衍射公式的近似 8
3 用MATLAB 语言模拟光的传播 11
3.1 光学传播的模拟 11
3.2 菲涅尔衍射光波的线性传输 16
4 衍射的仿真 20
4.1 光现象的数值仿真方法 20
4.2 圆孔孔菲涅尔衍射的仿真 20
4.3 双圆孔夫琅禾费的仿真 22
5 菲涅尔圆孔衍射的仿真 26
5.1单圆孔菲涅尔衍射仿真 26
5.2 四圆孔菲涅尔衍射仿真 31
结论 37
致谢 38
参考文献 39
1 绪论
1.1光学仿真的研究意义
在工程设计领域中，人们通过对研究对象建立模型，用计算机程序实现系统的运行过程和得到运算结果，寻找出最优方案，然后再予以物理实现，此即为计算机仿真科学。在计算机日益普及的今天，计算机仿真技术作为虚拟实验手段己经成为计算机应用的一个重要分支。它是继理论分析和物理实验之后，认识客观世界规律性的一种新型手段。计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时，首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值，并让模型中的某些变量在指定的范围内变化，通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中，系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能：计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便，过程可控制等优点;可减少系统外界条件对实验本身的限制，方便地设置不同的系统参数，便于研究和发现系统运动的特性;借助计算机的高速运算能力，可以反复改变输入的实验条件、系统参数，大大提高实验效率。不过观察者难以观察的现象和难以实现的测量，捕捉稍纵即逝的物理现象，可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。在光学仪器设计和优化过程中，计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算，可以大幅度节省实验所耗费的人力物力，特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下，如在大型激光仪器的建造过程中，结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。