matlab光学仿真设计.docx
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matlab光学仿真设计.docx
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matlab光学仿真设计
MATLAB光学仿真
实验报告
一、实验目的
通过对光学现象的仿真,加深对各种光学现象本质的理解,同时,学会利用MATLAB,这种有效工具研究物理光学。
二、实验内容
这次由于时间关系,只研究了光的干涉现象,不过干涉内容很多,按照老师给的实验的提示内容,我每个都做了。
并且自己还加了一些内容。
按先后顺序非别如下:
1.平面波与球面波之间的相互干涉
(1)平面波与平面波方向相对的干涉,并且调整角度,方向相对干涉。
(2)球面波与球面波,这个研究的比较多,我分别研究了两个光源,三个,四个以及六个光源在与之共面的平面上的干涉,得到许多精美的图案。
(3)球面波与平面波
2.经典的杨氏双缝干涉
由于杨氏干涉比较重要,所以研究的时间相对较长,这个我为了更好的调整参数,采用了先输入数据的方法,之后才运行得到结果,我还增加了研究非单色光的研究。
另外,我还研究了与两个点光源连线相垂直的屏上的干涉,虽然这个不属于杨氏干涉,但是原理其实差不多。
3.多孔干涉
这部分其实原理差不多,只需要设置对参数。
这部分分别研究了三孔和四孔的干涉,并且干涉屏的位置也不一样,分为与孔面平行和与孔面平行,总共四中情况,从中自己也找到了规律。
4.多个不同方向的平面波
这部分研究了三个不同方向的片面波与四个方向的平面波,从中得到一些图案,找到了规律。
5.模拟电磁波传播动画(代码借鉴一本参考书的)与牛顿环
为了加深对电磁波传播的理解,做了个模拟电磁波传播的动画,另外,还做了个牛顿环干涉。
三、实验原理
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分(摘自XX百科)。
本实验就是利用MATLAB的数据可视化,用数学推导出各种光学现象的表达式,然后再MABLAB上编程体现各种光学现象。
关于编程的算法,总体来说有两种,第一种就是先算出用相位差,然后用光强公式计算,比如杨氏干涉就是用这种方法。
第二周就是用复振幅法,分别表示出每个点的光强,最后在叠加出光强,这种方法书上直接有公式,所以很方便,采用的也比较多。
至于其他的一些关于MATLAB的函数用法,这里就不再叙述。
四.实验结果(各种干涉图样,)
说明,左边都是干涉条纹,右边是干涉光强的曲线,除了杨氏干涉为曲线为,其余的强度都是三维图,三维图中,红色代表光强度大,紫色代表最弱,与不同光的能量相对应。
1.平面波与球面波之间的相互干涉
(1)平面波与平面波方向相对的干涉
两个波方向相反且平行
两个波方向相反但是有相对角度
(2)球面波与球面波
三个波源
四个波源
(3)球面波与平面波
2.双缝干涉
(1)经典杨氏双缝干涉
单色光干涉
复色光干涉
(2)接收屏在侧面,且二者连线与干涉面垂直
单色光干涉
复色光干涉
3.多孔干涉
(1)三孔干涉
三个孔,三孔所在面与干涉面垂直
(2)四个孔干涉
四孔所在面与干涉面垂直
四孔所在面与干涉面平行
4.多个不同方向的平面波
三个平面波相互干涉
5.牛顿环与电磁波传播
(1)牛顿环
.
牛顿环
(2)模拟电磁波动画
模拟电磁波传播
五,实验总结与感想
每个系列,我都做了不少例子,从中都可以发现了不少规律,比如,对于两平面波与平面波干涉,其干涉就是平行条纹,这容易理解,又比如,在同一中光学模拟,可能自己的与其他同学相差很大,其实这就是参数设置的问题,以两个球面波的干涉为例,如果两个波源的连线与要研究的干涉面平行,并且干涉面很远,就是杨氏干涉,得到的是平行条纹,如果干涉面比较近,得到的却是曲线,这就说明了杨氏干涉的前提就是干涉面(接收屏)要远大于两个缝的距离D,这与理论是想符合的,有比如当干涉面与连续垂直,得到的是干涉圆环,这些其实和书上关于两个点光源在空间中干涉场相符合。
另外,随着参数的改变,一些图案会有条纹逐渐向光斑过渡,比如多个球面波的干涉,多个平面波的干涉,只要对称,形成的就是光斑,等等。
由于时间关系,自己只研究了干涉,不过受益匪浅。
在做的过程中,有过成功的喜悦,当通过努力,得到精美图案的时候,是很高兴的,也有做不出来,没有达到想要的效果的苦恼。
不过好在都做好了,自己对于各种干涉有了本质的认识,获得知识,我想,这才是最好的回报吧。
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