Matlab夫琅和费衍射实验的研究仿真+文献综述
Research of Fraunhofer Diffraction Experiment
Abstract: Fraunhofer diffraction is the source and the observation screen from the obstacle (holes or screen) are infinity diffraction phenomenon, also known as the far-field diffraction, in practice, the infinity diffraction pattern which has been moved to the focus of a lens can be observed through the lens. It has a very important significance to study Fraunhofer diffraction intensity distribution, This article simulates Fraunhofer diffraction through a software called Matlab, Comparing simulation pattern with experimentally obtained pattern, and then discuss about some of the basic characteristics of Fraunhofer diffraction. And through the analysis on simulation results and experimental results, discuss about the reasons for that diffraction of edge wavelength is not consistent
Key Words: Fraunhofer diffraction; Matlab; Simulation
目 录
摘要 1
引言 1
1. 夫琅和费衍射基本原理 2
2. 夫琅和费衍射实验内容 3
2.1 夫琅和费矩孔衍射 3
2.2 夫琅和费单缝衍射 5
2.3 夫琅和费圆孔衍射 6
3. 夫琅和费衍射实验的模拟仿真 7
3.1 矩孔夫琅和费衍射的模拟仿真 7
3.2 单缝夫琅和费衍射的模拟仿真 9
3.3 圆孔夫琅和费衍射的模拟仿真 10
4. 实验结果与仿真结果的分析 11
5. 结束语 11
参考文献 12
附录 13
附录1：Matlab软件程序代码 13
致谢 15
夫琅和费衍射实验的研究引言
光绕过障碍物偏离直线传播路径而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象，叫做光的衍射。光的衍射和光的干涉一样证明了光的波动性[1-2]。在研究光通过不同形状的孔或障碍物所产生的衍射图样的光强分布时，通常可以根据光源和考察点到障碍物的距离，把衍射现象分为两类：第一类是障碍物到光源和考察点的距离都是有限的，或其中之一为有限的，称为菲涅耳衍射，又称近场衍射；第二类是障碍物到光源和考察点的距离可以认为是无限远的，这种特殊的衍射现象称为夫琅和费衍射，又称远场衍射[3-5]。
Matlab(Matrix Laboratory)是一个可以进行数值计算、主要用作工程和应用软件的图形处理语言。它的数值分析，矩阵运算等功能十分强大，图形、图像处理，信号处理和集成仿真环境应用于交互式计算机使其更易于使用，并为科学研究和工程应用提供了一个功能强大的、高效的编程工具[6]。在研究光的衍射现象时，可以使用Matlab仿真实验来模拟衍射图样的光强分布，使用这种方法可以通过改变不同的仿真参数以得到不同的仿真结果，并直接显示在显示器上，动态直观的显示结果对了解光学理论以及不同物理量之间的关系有着积极的作用[7]。
1. 夫琅和费衍射基本原理
从基础光学中已经可以知道，衍射作为光的基本属性之一，体现了光的波粒二象性中的波动性，其主要表现为光可以绕过一定大小的障碍物进行传播[8]。夫琅和费衍射原理如图1所示，根据惠更斯原理，任何时刻波面上的每一点都可以作为次波的波源，各自发出球面次波；在以后的任何时刻，所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新波面[9]。平行光垂直于狭缝的平面入射，经过开口AB后，入射波向各个方向发出衍射次波，透镜 可以将处在同一方向上的衍射次波汇聚到其焦平面上的同一点Q。经过叠加，满足相长干涉的位置出现亮条纹，满足相消干涉的位置出现暗条纹，明暗条纹相间排列便构成了夫琅和费衍射的图样[10]。
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