【正文】 圖46 球面波干涉強度曲線圖 圖47 球面波干涉三維強度圖選擇下拉菜單中的“復(fù)色光”選項，便進(jìn)入了復(fù)色光仿真界面，運行結(jié)果后，顯示結(jié)果如圖48到圖410所示。 仿真模擬首先運行主界面，在MATLAB的命令窗口中輸入“guide wuguang”即可進(jìn)入波動光學(xué)仿真界面。 以打開菲涅耳衍射仿真界面并關(guān)閉波動光學(xué)仿真平臺主界面。在函數(shù)function pushbutton_dengqingdenghou_Callback(hObject, eventdata, handles)中加入 get(dengqingdenghou)。 close(wuguang)。然后選擇第一項Blank GUI(Default)，點擊OK按鈕建立一個空白的GUI模版，并將其命名為wuguang。實現(xiàn)了夫瑯和費衍射仿真，菲涅爾衍射仿真，以及光柵衍射仿真，并給出了部分程序代碼以及運行結(jié)果，從運行結(jié)果看，通過計算得到的衍射圖像基本與實際圖像相符，這也證明了用計算機編程的方法對光波衍射進(jìn)行仿真的可行性。光柵衍射曲線39。 %用image繪圖函數(shù)創(chuàng)建圖像colormap(gray(NC))。 beta=pi*d*sinphi/lambda。 %設(shè)定縫寬，以d表示縫寬f=。通常的光柵衍射實驗由于參數(shù)的改變和調(diào)節(jié)比較困難，難以充分展示譜線的全部特征，加上需要特定的實驗儀器和實驗場所，給教學(xué)與研究帶來許多不便。 %定義變量r為圓的半徑A=zeros(resolution,resolution)。subplot(1,2,2)。L=E.^2。imag=sqrt(1)。center=resolution/2。按照菲涅爾衍射公式，逐個計算衍射孔徑平面每個點對觀察平面的貢獻(xiàn)或影響，依據(jù)觀察面上各個點的光強分布，我們可以得到一個大致的衍射場光強分布，這種方法的近似程度在本次設(shè)計任務(wù)中是滿足要求的。對于單縫夫瑯和費衍射，三角孔夫瑯和費衍射以及雙峰夫瑯和費衍射，同樣道理，只需要將衍射孔徑場分布程序修改，對其他地方不需要過多的修改即可實現(xiàn)仿真。給定波長，矩孔尺寸越小，它對光斑的限制越大；尺寸越大，衍射場就越集中。surf(x,y,L)。CM=[pink(255).^(2/3)。 C(j,i)=A(j,i)*exp(imag*k*(x*p+y*q))。 end endendE=ones(resolution,resolution)。lambda=500。所以，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換運算的方案有兩種：第一種是利用MATLAB自帶的二維傅立葉變換函數(shù)fft2()進(jìn)行傅立葉變換，從而得出觀察平面的場分布；第二種是直接利用函數(shù)sum()來計算夫瑯和費衍射積分。菲涅耳衍射圖樣的特點是，隨著距離d增大，觀察平面光場的函數(shù)分布會發(fā)生變化，如軸上觀察點沿光束傳播方向是亮暗交替變化的。 光的衍射現(xiàn)象及其分類衍射是光波在空間傳播過程中的一種基本屬性。 本章小結(jié)本章從光波的疊加原理入手，并引入了波的獨立傳播規(guī)律，用疊加原理來處理光波干涉。endendNCLevels=255。Ni=c。)。二維強度分布39。endfigure(gcf)。theta=b*(1e6)。實際仿真中，增加薄膜厚度系數(shù)，可以看到條紋變密集，與理論一致。Br=(B/)*NCLevels。N=501。運行上述程序，得到結(jié)果如圖225。delta(I,j)=2*d/sqrt(1+r(I,j)^2/D^2)。bochang=s*10^(9)。產(chǎn)生分振幅干涉的平板可理解為受兩個表面限制而成的一層透明物質(zhì)：最常見的情形就是玻璃平板和夾于兩塊玻璃板間的空氣薄層。由于楊氏雙孔干涉與球面波干涉中光源平行于觀察屏?xí)r的干涉性質(zhì)及干涉圖樣完全一樣，故本文不對其進(jìn)行贅述，請參照球面波干涉中點光源平行于觀察屏?xí)r的干涉圖樣。 %用數(shù)組來確存儲這個比例寬度內(nèi)的比例值。colormap(pink(nclevels))。x(m)39。figure(3)。ylabel(39。)。title(39。x=y。而在用理想光源模擬時，就沒有這些觀察角度的差別，即會出現(xiàn)一些失真，而當(dāng)觀察屏正對時，這種失真是最小的。楊氏干涉實驗以極簡單的裝置和巧妙構(gòu)思實現(xiàn)了普通光源干涉。然后再把這個波帶每一波長光在任意一點的干涉光強累加起來，就為該點的光強值。這與理論研究時完全一致的。)。xlabel(39。colormap(pink(nclevels))。)。phi=2*pi*(l2l1)/Lambda。x39。plot(y,I,39。z=y。 點光源為單色光點光源為單色光時，只需要設(shè)置光源振幅E=1，然后利用如下程序?qū)⒏缮鎻姸惹€求出來。而光波光強大小是光波振幅大小的平方倍，即。振幅變化 A39。color39?？梢钥吹?，兩列波有相同的最大振幅，但是頻率不一樣。wave39。XTick39。k39。)將上述代碼輸入MATLAB命令窗口中，運行結(jié)果如圖22。)ylabel(39。set(gca,39。 %對時間進(jìn)行等間隔取點a =1。兩列光波疊加后產(chǎn)生的光波振動頻率與原來的兩列光波的頻率有關(guān)；產(chǎn)生的光波振幅不固定，有些點的振幅是原來單個光波振幅的兩倍，有些點的振幅是零，同時某些點的振幅也會隨時間變化而變化。Φ與觀察點P位置有關(guān)，可正可負(fù)。但在某些媒質(zhì)中，如在變色玻璃種，或在普通媒質(zhì)中光強度非常大時，都會出現(xiàn)違背疊加原理的現(xiàn)象。這就是波的獨立傳播原理。它實際上是用MATLAB的基本語句編程的各種子程序集，專門用于解決某一方面的問題，或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法。它還包括了Toolbox工具箱的各類問題的求解工具，可用來求解特定學(xué)科的問題。仿真程序運行時，首先要對描述系統(tǒng)特性的模型設(shè)置一定的參數(shù)值，并讓模型中的某些變量在指定的范圍內(nèi)變化，通過計算可以求得這種變量在不斷變化的過程中，系統(tǒng)運動的具體情況及結(jié)果。波動光學(xué)實驗一般需要穩(wěn)定的環(huán)境，高精密的儀器，因此在教室里能做的光學(xué)實驗極為有限，而且也受到授課時間的限制。光的干涉現(xiàn)象在日常生活中隨處可見，肥皂水，水面油墨和許多昆蟲翅膀上的彩色花紋都是干涉的典型例子。20世紀(jì)初期，物理學(xué)發(fā)生了一系列的突破和革命，相繼出現(xiàn)了相對論，量子力學(xué)以及相對論量子力學(xué)和量子場論等新理論。至此，波動說的優(yōu)勢已經(jīng)很明顯。由于牛頓在科學(xué)界的威望，多數(shù)科學(xué)家在17世紀(jì)和18世紀(jì)傾向于光的微粒學(xué)說。關(guān)鍵詞：MATLAB；波動光學(xué)；計算機仿真；圖形用戶界面AbstractBased on the theory of wave opticsrelated, it realizes the programming of several mon phenomena of interference and diffraction of the simulation by applying MATLAB matrix powerful puting and graphics rendering capabilities through coding. The image of the results will be directly reflected, which help a lot on will wave optics teaching and learning. The thesis achieves the realization of the optical film, spherical wave interference, Young39。編寫出仿真程序代碼，制作GUI界面。完成不少于5000字的英文文獻(xiàn)翻譯。s interference, equalinclination and equalthickness interference, Fraunhofer diffraction, Fresnel diffraction and grating diffraction simulation through coding, based on the theory of interference and diffraction. To make the studying easier, it made a graphical user interface (including the design, layout and interface control program code controls the addition of the background), achieving humanputer interaction of the simulation in the process.The results show that: by running the simulation program, it can display several interference and diffraction phenomena conveniently and vividly through the establishment of the graphical user interface, it achieves selection of simulation programs, setting experimental parameters of a simulation at random, as well as the flexible display of the results The characteristics of this paper lie in that: this paper cooperated interference and diffraction simulation experiments into one plete system and designed a personalized MATLAB graphical user interface on MATLAB. Through this platform of the simulation on graphics user interface, users can achieve selection of simulation programs, setting experimental parameters of a simulation randomly, the flexible display of the results as well as the parative analysis of experimental result.Key Words：MATLAB。19世紀(jì)初，英國科學(xué)家托馬斯雖然到19世紀(jì)中葉時，波動說已被普遍接受，但人們對光波動的認(rèn)識存在著錯誤。隨著量子力學(xué)的發(fā)展，狄拉克把量子力學(xué)思想應(yīng)用于電磁場，通過對電磁場的量子化，逐步形成了量子場論，“自然地”引入了電磁場的量子光子。按照波動光學(xué)的觀點，光的干涉是指兩個或多個光波在同一空間的疊加時，若該空間的能量密度分布不同于各個分量波單獨存在時的光能量密度之和，則稱光波在該空間域發(fā)生了干涉，各分量波相互疊加且發(fā)生了干涉的空間域稱為干涉場。為了克服光學(xué)實驗對實驗條件要求比較苛刻的缺點，可采用計算機仿真光學(xué)實驗，特別是光學(xué)演示實驗，配合理論課的進(jìn)行，把光學(xué)課程涉及的大多數(shù)現(xiàn)象展示在學(xué)生面前，以加深對光學(xué)內(nèi)容的理解。仿真程序在運行過程中具有以下多種功能：（1）計算機可以顯示出系統(tǒng)運動時的整個過程和在這個過程中所產(chǎn)生的各種現(xiàn)象和狀態(tài)。其特點是： （1）起點高：從MATLAB名字的來源可知，它以矩陣運算見長，在當(dāng)前的科學(xué)計算中，幾乎無處不用矩陣運算，這使它的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)?，F(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨別、小波分析等20余個工具箱，并且還在繼續(xù)發(fā)展中[8]。一列波在空間傳播時，在空間的每一點引起振動。波在其中服從疊加原理的媒質(zhì)，稱為“線性媒質(zhì)”，不服從疊加原理的媒質(zhì)，稱為“非線性媒質(zhì)”。時，；時。我們可以通過光學(xué)拍實驗的計算機仿真來理解光波疊加的具體意義。 %波動振幅x =0::5。YTick39。振幅變化 A39。下面一段程序編寫出兩列波合成結(jié)果：x =0::20。,x,A,x,A)。,[0:5:20])xlabel(39。,39。圖23中黑色曲線為合成波的振幅振動狀況。,[0 1 0])set(gca,39。)title(39。設(shè)單個光波振幅最大值為E，則合成光波振幅最大值線性疊加為2E，合成光波光強最大值就為4E2，仿真實驗結(jié)果與光學(xué)拍理論完全一致。D=。i=(ny1)/2。b39。)。I(i,j)=(E/l1)^2+(E/l2)^2+2*E^2/l1/l2*cos(phi)。ylabel(39。運行上述程序，結(jié)果如圖27。y(m)39。title(39。 點光源為復(fù)色光點光源為復(fù)色光時，其與單色光干涉的唯一區(qū)別也就是光源的波長不再是單一的而是有一定的帶寬，因此，仿真模擬時，可以先定義一個中心波長，然后以此按一定比例展開，形成有一定帶寬的波帶，這個比例可以表示為width。然而，這只是實現(xiàn)了復(fù)色光干涉時光強在觀察屏上的簡單疊加，由于在MATLAB中其顏色顯示與波長沒有簡單的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)其對應(yīng)的彩色顯示非常復(fù)雜，而本實驗主要研究的是干涉中的光強變化，因此就沒過多地追求其顏色變化。無論從經(jīng)典光學(xué)還是從現(xiàn)代光學(xué)的角度來看，楊氏實驗都具有十分重要的意義。我們此次實現(xiàn)楊氏干涉仿真是將雙縫和雙孔的出射光分別作為理想的線狀光源和點光源，利用 MATLAB 的矩陣運算，從而得出觀察平面的光強分布。for i=1:nyfor j=1:ny l1=sqrt((y(i)d/2)^2+0*x(j)+D