【正文】 統(tǒng)外界條件對實驗本身的限制，方便地設(shè)置不同的系統(tǒng)參數(shù)，便于研究和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運動的特性。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)。計算機仿真過程是以仿真程序的運行來實現(xiàn)的。在計算機日益普及的今天，計算機仿真技術(shù)作為虛擬實驗手段己經(jīng)成為計算機應(yīng)用的一個重要分支。學生們可以根據(jù)對光學原理和規(guī)律的理解，自己設(shè)置在仿真光學實驗中的可控參數(shù)，探索和發(fā)現(xiàn)光學世界的奧秘，調(diào)動學習的積極性[6]。為了克服光學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實驗，特別是光學演示實驗，配合理論課的進行，把光學課程涉及的大多數(shù)現(xiàn)象展示在學生面前，以加深對光學內(nèi)容的理解。國外著名的光學教材配有大量的圖片(包括計算和實驗獲得的圖片)，來形象地說明光學中抽象難懂的理論。通常將觀察屏上的不均勻光強分布稱為衍射圖樣[5]。光的衍射是波動光學的另一個重要的研究內(nèi)容。按照波動光學的觀點，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。光的干涉及其應(yīng)用是波動光學的一個重要的研究內(nèi)容。波動光學的研究對象主要分為光的干涉和光的衍射兩大類。光的波粒二象性是人類對于光本性認識的最近一次飛躍。隨著量子力學的發(fā)展，狄拉克把量子力學思想應(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。麥克斯韋電磁方程組給出了惠更斯菲涅耳原理的理論依據(jù)，除了極微弱的光波之外，它幾乎可以解釋光波的一切傳播規(guī)律，以致波動光學可以以此為出發(fā)點，展開全部內(nèi)容的討論[1]。光的電磁理論是人們對于光的認識的又一次飛躍。19世紀后期，光的電磁波理論被英國科學家麥克斯韋提出。雖然到19世紀中葉時，波動說已被普遍接受，但人們對光波動的認識存在著錯誤。楊明確證明，光波是一種橫波（在此之前，惠更斯，菲涅耳等人也有此設(shè)想），使一度被牛頓視為波動說障礙之一的偏振現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為波動說的一個佐證。該原理用波動理論圓滿的解釋了光的直線傳播規(guī)律，定量的給出了圓孔等衍射圖形的強度分布。與托馬斯19世紀初，英國科學家托馬斯微粒說認為光是由一份一份的微粒所組成的。人類對于光的認識分為以下幾個階段：17世紀，人們提出了光本性的兩種學說，微粒說和波動說。 puter simulation。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。通過仿真實驗的圖形戶用界面，用戶實現(xiàn)實驗項目的選取，實驗參數(shù)的靈活設(shè)置，實驗結(jié)果的對比分析。研究結(jié)果表明：通過仿真程序的運行，能形象、直觀地展現(xiàn)幾種干涉和衍射現(xiàn)象；通過圖像用戶界面的編制，實現(xiàn)了仿真實驗項目的選取，實驗參數(shù)的靈活設(shè)置以及結(jié)果的顯示。必讀參考資料：[1] 謝敬輝，趙達尊，閻吉祥．物理光學教程[M]．北京：北京理工大學出版社，2005．[2] 王正林，劉明．精通MATLAB7[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2007．[3] 張平等．MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2005．指導(dǎo)教師簽名 系主任簽名 院長簽名（章）目 錄摘 要 IAbstract II1 緒論 1 波動光學的歷史及研究對象 1 光學實驗仿真 2 MATLAB仿真的特點 3 設(shè)計思路 42 光的干涉實驗仿真 5 光波的疊加原理 5 光學拍的實驗仿真 7 球面波干涉實驗仿真 9 楊氏干涉的實驗仿真 15 等傾和等厚干涉實驗仿真 19 本章小結(jié) 243 光的衍射實驗仿真 25 光的衍射現(xiàn)象及其分類 25 夫瑯和費衍射及其仿真實現(xiàn) 26 菲涅耳衍射及其仿真實現(xiàn) 31 光柵衍射及其仿真實現(xiàn) 35 本章小結(jié) 374 仿真系統(tǒng)圖形用戶界面設(shè)計 38 波動光學主界面的仿真 38 仿真模擬 41 本章小結(jié) 535 結(jié)束語 54參考文獻 55附 錄 56致 謝 71摘 要本文利用MATLAB強大的矩陣運算功能和圖形繪制功能，在波動光學相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，通過編程實現(xiàn)了幾種常見的干涉和衍射現(xiàn)象的仿真，將其結(jié)果形象、直觀地體現(xiàn)出來，對于波動光學的教學和學習具有很好的幫助作用。完成不少于5000字的英文文獻翻譯。熟悉MATLAB的相關(guān)操作，學習MATLAB語言。畢業(yè)設(shè)計（論文）基于MATLAB的波動光學實驗仿真系統(tǒng)的構(gòu)建本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書設(shè)計（論文）主要內(nèi)容：在MATLAB環(huán)境下，編寫程序，實現(xiàn)幾個波動光學實驗項目的計算機仿真，包括光學拍實驗、球面波干涉實驗、楊氏干涉實驗、等傾等厚干涉實驗、夫瑯和費衍射實驗、費涅爾衍射實驗和光柵衍射實驗；編制仿真程序的圖形用戶界面，實現(xiàn)各個實驗項目中相關(guān)參數(shù)的直接設(shè)置及結(jié)果顯示，實現(xiàn)人機交互；創(chuàng)建獨立的仿真應(yīng)用程序。要求完成的主要任務(wù):查閱不少于15篇的相關(guān)資料，其中英文文獻不少于3篇，完成開題報告。編寫出仿真程序代碼，制作GUI界面。完成12000字的畢業(yè)設(shè)計論文。論文在干涉和衍射理論的基礎(chǔ)上，編寫了MATLAB程序代碼，實現(xiàn)了光學拍，球面波干涉，楊氏干涉、等傾和等厚干涉、夫瑯和費衍射，菲涅耳衍射和光柵衍射模擬仿真；此外，為方便用戶使用，本文設(shè)計了對應(yīng)的圖形用戶界面（包括設(shè)計方案、界面控件的布置和控件后臺程序代碼的添加），實現(xiàn)了仿真過程中的人機交互。本文的特色在于：將干涉和衍射的仿真實驗做成一個完整系統(tǒng)，并設(shè)計了個性化的圖形用戶界面。關(guān)鍵詞：MATLAB；波動光學；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。 wave optics。 graphical user interface1 緒論 波動光學的歷史及研究對象波動光學是在電磁波動理論基礎(chǔ)上研究光的波動現(xiàn)象的一門學科。光的微粒說由笛卡爾提出，得到牛頓的支持。由于牛頓在科學界的威望，多數(shù)科學家在17世紀和18世紀傾向于光的微粒學說。楊完成了著名的“楊氏干涉實驗”，提出了“光的干涉原理”，動搖了光的微粒說的地位。楊同一時期的法國科學家菲涅耳把惠更斯的子波假設(shè)和楊氏的干涉原理相結(jié)合，提出后人所謂的“惠更斯菲涅耳原理”。1817年，托馬斯至此，波動說的優(yōu)勢已經(jīng)很明顯。無論是惠更斯，楊氏還是菲涅耳，都認為光波是一種機械波，伴隨著某種實物的機械振動。麥克斯韋在總結(jié)法拉第等人對電磁作用研究的基礎(chǔ)上，加入了自己的假設(shè)，提出了后人所稱的“麥克斯韋電磁方程組”。光振動不再是某種媒質(zhì)分子的機械振動，而是電磁場這個物理量的振動。20世紀初期，物理學發(fā)生了一系列的突破和革命，相繼出現(xiàn)了相對論，量子力學以及相對論量子力學和量子場論等新理論。這樣，電磁場和光也與其它微觀粒子相似，具有波粒二象性[2]。盡管光的本性的研究已經(jīng)發(fā)展到一個新的高度，但仍有待人類去進一步探索[3]。很多光學現(xiàn)象都是基于干涉或者衍射而發(fā)生的。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。若在三維干涉場中放置一個二維觀察屏，屏上就會出現(xiàn)穩(wěn)定的輻照度分布圖形，即為干涉圖形或干涉條紋[4]。當光在傳播途徑中遇到障礙物（如小孔或細棒）時，不再遵循直線傳播規(guī)律，一部分光會“繞”過障礙物，射向陰影區(qū)域，使得障礙物的投影邊緣模糊，甚至出現(xiàn)亮暗條紋，這種現(xiàn)象稱之為衍射。波動光學實驗內(nèi)容比較抽象，如不借助實驗，學生很難理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫瑯禾費衍射等。波動光學實驗一般需要穩(wěn)定的環(huán)境，高精密的儀器，因此在教室里能做的光學實驗極為有限，而且也受到授課時間的限制。如利用計算機仿真聯(lián)合變換相關(guān)實驗，可以得到清晰的相關(guān)峰，而在實驗中液晶光閥的分辨率較低，很難得到清晰的相關(guān)峰；又如光學菲涅耳衍射與夫瑯禾費衍射，初學者不易理解，如果通過光學仿真實驗，可以計算出它們之間的演化規(guī)律，清楚地說明二者之間的聯(lián)系與區(qū)別。 光學實驗仿真對光學實驗進行計算機仿真，具有兩個方面的意義：一方面，利用仿真結(jié)果指導(dǎo)實際實驗，前期投資少，且可以減少貴重儀器的損傷等；另一方面，在教學上，將抽象難懂的概念、規(guī)律通過實驗仿真生動、形象地表現(xiàn)出來，使學生更易于接受，具有明顯的教學效果[7]。它是繼理論分析和物理實驗之后，認識客觀世界規(guī)律性的一種新型手段。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。具有觀測方便，過程可控制等優(yōu)點。（3）借助計算機的高速運算能力，可以反復(fù)改變輸入的實驗條件、系統(tǒng)參數(shù)，大大提高實驗效率。 MATLAB仿真的特點MATLAB是Math Works公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件。它還包括了Toolbox工具箱的各類問題的求解工具，可用來求解特定學科的問題。每個變量可以代表一個矩陣，矩陣中的每個元素都看成復(fù)數(shù)，這個特點在其他語言中也是不多見的，而所有的運算都對矩陣和復(fù)數(shù)有效，包括加、減、乘、除、函數(shù)運算等。（3）強大而簡易的作圖功能：能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定繪圖坐標；能規(guī)定多種坐標系（極坐標、對數(shù)坐標等）；能繪制三維坐標系中的曲線和曲面；可設(shè)置不同的顏色、線型、視角等；如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需一條命令即可出圖?；静糠职ǎ壕仃嚨倪\算和各種變換，代數(shù)和超越方程的求解，數(shù)據(jù)處理和傅里葉變換，數(shù)值積分等，可以充分滿足大學理工科本科的計算需要。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。由于MATLAB具有如此之多的特點，在歐美高等院校，MATLAB己成為應(yīng)用于線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；在研究單位、工業(yè)部門，MATLAB也被廣泛用于研究和解決各種工程問題。 設(shè)計思路本設(shè)計利用MATLAB編程實現(xiàn)幾種干涉和衍射實驗仿真，并構(gòu)建一個波動光學實驗仿真系