基于MATLAB的多光学现象仿真可视化设计_徐春芳

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基于Matlab的光学实验仿真

基于Matlab的光学实验仿真基于Matlab的光学实验仿真一、引言光学是研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的学科，广泛应用于光学器件、光通信等领域。

在光学实验中，通过搭建实验装置来观察和研究光的行为，以验证光学理论并深入理解光的特性。

然而，传统的光学实验不仅设备复杂，成本高昂，而且需要大量的实验时间和实验设计。

因此，基于计算机仿真的方法成为了一种重要的补充和替代。

Matlab作为一种强大的数值计算和仿真工具，具有强大的数学运算能力和友好的图形界面，被广泛应用于科学研究和工程设计。

在光学实验中，Matlab可以模拟光的传播、折射、干涉等各种光学现象，使得研究人员可以在计算机上进行光学实验，加速实验过程并提高实验效率。

二、光的传播仿真在光学实验中，光的传播是一项重要的研究内容。

通过Matlab的计算能力，我们可以模拟光线在不同介质中的传播情况，并观察其光程差、折射等现象。

光的传播可以用波动光学的理论来描述，其中最经典的是亥姆霍兹方程。

在Matlab中，我们可以利用波动光学的相关工具箱，通过求解亥姆霍兹方程来模拟光的传播。

例如，我们可以模拟光在一特定系统中的衍射效应。

在Matlab中，衍射效应可以通过菲涅尔衍射和弗雷涅尔衍射来模拟。

我们可以设定特定的光源和障碍物，通过Matlab的计算能力计算光的传播、衍射和干涉等现象，得到不同条件下的衍射效应，并可视化展示。

三、光的折射仿真光的折射是光学领域中的另一个重要现象，研究光的折射对于理解光在不同介质中的传播行为至关重要。

通过Matlab的仿真，我们可以模拟光的折射行为，并研究不同介质对光的影响。

在Matlab中，我们可以利用光学工具箱中的折射相关函数，输入光线的入射角度、折射率等参数，模拟光线在不同介质中的折射行为。

通过改变不同介质的折射率、入射角度等参数，我们可以观察到光的全反射、折射偏折等现象，并进行定量分析和比较。

四、光的干涉仿真光的干涉是光学领域的重要研究课题之一，通过模拟光的干涉行为，可以深入理解光的相干性、波动性质等特性。

基于Matlab的光学实验仿真

在光学教学方面，国外已有相关的配有光盘演示光学实验的教材【７ｌ’该教材主要针对高年级学生和研究生使用。其中不仅详尽的介绍了几何光学、物理光学、光学成像技术及图像处理技术，而且利用现在普遍使用的软件工具Ｍａｔｌａｂ对它们进行了系统的仿真。也有针对理科和工科低年级学生使用的光学教材【８１，该教材使用ＭａｔｃｈＣａｄ绘制各种逼真的光学仪器．创造出仿真的光学实验室。学生可利用其进行探索和发现性学习，充分调动学生的积极性。还有网络版光学教材【９Ｊ，该教材采用Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ进行光学仿真计算，结合ＬｉｖｅＧｒａｐｈｉｃ３ＤＪａｖａｌ．１的动画制作功能在网络上实时演示各种光学实验的结果图。我国光学教材在利用计算机仿真方面相对落后，至今没有同类教材出现。在２００３年北京举行的网络教育软件展上，有关光学实验的网络教学软件都偏重于理论分析方面，对计算机应用于光学实验的仿真方面未给与充分重视。结合国家十五教材建设计划，在光学实验仿真方面进行大量的研究，各项研究工作将在后续各章中～一介绍。
Ｃ＋＋ｃｏｄｅｓ．ｔｈｅｎａｓｕｉｔａｂｌｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｉｎｔｅｒｆａｃｅａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇＶｉｓｕａｌＣ＋＋．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｐｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ；Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；Ｄｉｆｈａｃｔｉｏｎ；Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ；
本文在仿真实验的基础上系统地探讨了利用Ｍａｔｌａｂ实现光学实验仿真的理论和方法，并详细给出了光学实验的各种仿真结果。具体内容有：
（１）光的干涉实验仿真。用光波波前叠加的方法实现了对两列球面波干涉、多光束干涉等实验的仿真；用传播矩阵描述衍射光波波前传播的方法对杨氏双缝和双孔干涉实验进行了仿真，并具体详细地分析了单缝衍射对双缝干涉的影响；另外还分析了光场的时间相干性对干涉条纹反衬度的影响。

利用MATLAB语言进行光学衍射现象的仿真

利用MATLAB语言进行光学衍射现象的仿真储林华（安庆师范学院物理与电气工程学院安徽安庆246011）指导教师：张杰摘要：光的衍射是光的波动性的一种重要表现，因此对光的衍射现象的研究，不仅具有重要的理论意义，而且在光学仪器研制和成像分析等诸多实际应用方面均有重要价值，但是其衍射光强的计算非常复杂，对实验条件的要求非常高，通常情况下很难得到满意的效果，严重影响了光学的教学。

本文从衍射的相关理论知识出发，首先介绍了惠更斯--菲涅耳原理及其数学表示形式，然后重点讨论了单色光经各种对称光学衍射元件（单缝，双缝，光栅，圆孔）的夫琅和费衍射情况，并分别给出了它们在焦平面上的衍射光强计算公式，最后利用科学计算软件MA TLAB对光的衍射现象进行了仿真，所得到的图样细致逼真，使整个物理过程变得直观形象，且与实验所得到的衍射图样进行了比较，两者吻合得很好，从而为光学的理论分析和实验教学提供了一种新的途径。

关键词：光的衍射，光栅衍射，圆孔衍射，Matlab，计算机仿真0 引言光的衍射现象是光具有波动性的重要特征，因此对衍射现象的研究无论在理论上还是在实践中都有很重要的意义。

对光的衍射现象的研究，始于17世纪，当时著名的荷兰科学家惠更斯提出了光是一种波的假说，并根据波动理论提出了光的传播理论——即惠更斯原理[1]，根据这一原理，他解释了光的反射定律和折射定律，给出了折射率的意义，光在两种介质中的速度比。

到了19世纪，法国年轻的科学家菲涅耳，根据叠加原理把惠更斯原理进一步具体化，给出了光在传播过程中光强学计算公式，这就是著名的惠更斯-菲涅耳原理[2]。

但由于在实际应用过程中，障碍物形状的不规则性，导致光强的计算公式几乎无解析解，只能进行一些数值计算。

针对衍射计算中出现的困难，近代的研究人员想到运用科学的计算软件MA TLAB，利用其较强的绘图和图象功能，编写计算程序，使得多种衍射元件（单缝，双缝，光栅，矩孔，圆孔）下的衍射现象得以在计算机中形象地被模拟仿真。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程和光学科学等领域中重要的研究手段。

然而，由于实验条件的限制和复杂性，实验过程往往需要耗费大量的时间和资源。

因此，基于Matlab的光学实验仿真成为了一种有效的替代方法。

通过仿真，我们可以在计算机上模拟真实的光学实验过程，获得与实际实验相似的结果，从而节省实验成本和时间。

本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的基本原理、方法、应用和优缺点。

二、Matlab在光学实验仿真中的应用Matlab是一种强大的数学计算软件，具有丰富的函数库和强大的计算能力，可以用于光学实验的仿真。

在光学实验仿真中，Matlab可以模拟各种光学元件、光学系统和光学现象，如透镜、反射镜、干涉仪、光谱仪等。

此外，Matlab还可以通过编程实现复杂的算法和模型，如光线追踪、光场计算、光波传播等。

三、基于Matlab的光学实验仿真方法基于Matlab的光学实验仿真方法主要包括以下几个步骤：1. 建立仿真模型：根据实验要求，建立相应的光学系统模型和算法模型。

2. 设置仿真参数：根据实际需求，设置仿真参数，如光源类型、光束尺寸、光路走向等。

3. 编写仿真程序：使用Matlab编写仿真程序，实现光路计算、光场分析和结果输出等功能。

4. 运行仿真程序：运行仿真程序，获取仿真结果。

5. 分析结果：对仿真结果进行分析和讨论，得出结论。

四、应用实例以透镜成像为例，介绍基于Matlab的光学实验仿真的应用。

首先，建立透镜成像的仿真模型，包括光源、透镜和屏幕等元件。

然后，设置仿真参数，如光源类型、透镜焦距、屏幕位置等。

接着，使用Matlab编写仿真程序，实现光线追踪和光场计算等功能。

最后，运行仿真程序并分析结果。

通过仿真结果，我们可以观察到透镜对光线的聚焦作用和成像效果，从而验证透镜成像的原理和规律。

五、优缺点分析基于Matlab的光学实验仿真具有以下优点：1. 节省时间和成本：通过仿真可以快速获得实验结果，避免实际实验中的复杂性和不确定性。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学中重要的实验之一，通过实验可以探究光的基本性质、光的传播规律以及光与物质的相互作用等。

然而，在实际的实验过程中，由于各种因素的影响，如设备精度、环境条件等，实验结果可能存在一定的误差。

为了更好地研究光学现象，提高实验的准确性和可靠性，基于Matlab的光学实验仿真被广泛应用于科研和教学中。

本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的相关内容。

二、Matlab在光学实验仿真中的应用Matlab是一款强大的数学软件，具有丰富的函数库和强大的计算能力，可以用于光学实验的建模、分析和仿真。

在光学实验中，Matlab可以模拟光的传播、光的干涉、衍射等现象，从而帮助研究人员更好地理解光学现象。

此外，Matlab还可以对实验数据进行处理和分析，提高实验的准确性和可靠性。

三、基于Matlab的光学实验仿真流程基于Matlab的光学实验仿真流程主要包括以下几个步骤：1. 建立光学模型：根据实验需求，建立光学模型，包括光源、光路、光学元件等。

2. 设置仿真参数：根据实验要求，设置仿真参数，如光的波长、光路长度、光学元件的参数等。

3. 运行仿真程序：运行仿真程序，模拟光的传播和光学现象。

4. 处理和分析数据：对仿真结果进行处理和分析，提取有用的信息，如光强分布、光斑形状等。

5. 绘制图表：根据需要，绘制相应的图表，如光强分布图、光路图等。

四、具体实验案例：双缝干涉实验仿真双缝干涉实验是光学中经典的实验之一，通过该实验可以探究光的波动性质。

下面将介绍基于Matlab的双缝干涉实验仿真。

1. 建立光学模型：在Matlab中建立双缝干涉实验的模型，包括光源、双缝、屏幕等。

2. 设置仿真参数：设置光的波长、双缝的宽度和间距、屏幕的距离等参数。

3. 运行仿真程序：运行仿真程序，模拟光的传播和双缝干涉现象。

4. 处理和分析数据：对仿真结果进行处理和分析，提取干涉条纹的光强分布和形状等信息。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是研究光学现象和规律的重要手段，但在实际操作中往往受到诸多因素的限制，如实验设备的精度、实验环境的稳定性等。

因此，通过计算机仿真进行光学实验具有很大的实际意义。

本文将介绍一种基于Matlab的光学实验仿真方法，以期为光学研究提供一定的参考。

二、仿真原理及模型建立1. 仿真原理基于Matlab的光学实验仿真主要利用了光学的基本原理和数学模型。

通过建立光学系统的数学模型，模拟光在介质中的传播、反射、折射等过程，从而实现对光学实验的仿真。

2. 模型建立在建立光学实验仿真模型时，需要根据具体的实验内容和目的，选择合适的数学模型。

例如，对于透镜成像实验，可以建立光学系统的几何模型和物理模型，通过计算光线的传播路径和透镜的焦距等参数，模拟透镜成像的过程。

三、Matlab仿真实现1. 环境准备在Matlab中，需要安装相应的光学仿真工具箱，如Optic Toolbox等。

此外，还需要准备相关的仿真参数和初始数据。

2. 仿真代码实现根据建立的数学模型，编写Matlab仿真代码。

在代码中，需要定义光学系统的各个组成部分（如光源、透镜、光屏等），并设置相应的参数（如光源的发光强度、透镜的焦距等）。

然后，通过计算光线的传播路径和光强分布等参数，模拟光学实验的过程。

3. 结果分析仿真完成后，可以通过Matlab的图形处理功能，将仿真结果以图像或图表的形式展示出来。

通过对仿真结果的分析，可以得出实验结论和规律。

四、实验案例分析以透镜成像实验为例，介绍基于Matlab的光学实验仿真方法。

首先，建立透镜成像的数学模型，包括光线的传播路径和透镜的焦距等参数。

然后，编写Matlab仿真代码，模拟透镜成像的过程。

最后，通过分析仿真结果，得出透镜成像的规律和特点。

五、结论与展望基于Matlab的光学实验仿真方法具有操作简便、精度高等优点，可以有效地弥补实际实验中的不足。

通过仿真实验，可以更加深入地了解光学现象和规律，为光学研究提供一定的参考。

基于LabVIEW的多光学现象动态仿真

基于LabVIEW的多光学现象动态仿真作者：陈彪吴春法来源：《电脑知识与技术》2017年第29期摘要：利用软件动态仿真光学现象，可使复杂的实验直观、形象，而且软件的使用不受环境的影响和实验仪器的限制，可应用于理论教学或者实验教学过程，使学生对光学理论的更加容易理解。

因此，文章基于LabVIEW软件动态仿真了杨氏双缝干涉和夫琅禾费矩孔衍射两个实验。

关键词：LabVIEW；动态仿真；光学现象中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）29-0265-02Abstract： By using software dynamic simulation of optical phenomenon， making the complex experiment vivid， the simulation of experiment by using software， which is not subject to environmental constrains， can be used for theoretical teaching and experimental teaching，facilitating student's understanding of the optical theory. Therefore， in this paper dynamic simulation of the experiment of Yang's double slit interference and Fraunhofer aperture diffraction Based on LabVIEW software.Key words： LabVIEW； dynamic simulation； optical phenomenon1 概述随着计算机技术的不断发展，出现了许多应用于光学仿真的软件，例如：Zemax、Matlab、Tracepro等软件[1]。

基于matlab gui设计的光学实验仿真

2007级计算机课程设计测控与光电技术学院电子科学与技术专业课程设计题目圆孔衍射现象计算机仿真设计学生姓名吴海班级070832指导教师钟可君日期2010 年6 月28 日南昌航空大学测试与光电工程学院计算机课程设计任务书电子科学与技术系070832 班学生：吴海课题名称：圆孔衍射现象计算机仿真设计课题内容：1、课题设计要求：(1)分析圆孔衍射的物理过程，建立数学模型；(2)设计算法流程图；(3)编写程序，并对仿真结果进行分析。

2、工作进度安排：查阅资料，设计算法流程图6月28日～7月4日第18周编写程序，撰写报告7月5日～7月9日第19周主要参考资料：[1]. 姚启钧.光学教程[M]. 北京：高等教育出版社[2]. 宋清，熊万杰.光学现象的计算机仿真[J].中山大学学报论丛，2005，25（3）：24-29.[3].圆孔衍射与像分辨本领的MATLABF仿真分析[J].湖北工学院学报，2004，19（5）：47-49.[4].MATLAB GUI在光学仿真中的应用[J].通化师范学院学报，2010,31（2）：52-54.系负责人：指导教师：钟可君时间：2010年6月21日单孔衍射上机试验上机试验程序（1）%圆孔衍射clcclearlam=500e-9a=1e-3f=1m=300;ym=4000*lam*f;ys=linspace(-ym,ym,m);xs=ys;n=200;for i=1:mr=xs(i)^2+ys.^2;sinth=sqrt(r./(r+f^2));x=2*pi*a*sinth./lamhh=(2*BESSELJ(1,x)).^2./x.^2;b(:,i)=(hh)'.*5000;endsubplot(1,2,1)image(xs,ys,b)colormap(gray(n))subplot(1,2,2)b(:,m/2)plot(ys,b(:,m/2))程序运行后的结果单孔衍射图光强分布图[摘要]运用MATLAB6的软件平台,编制演示程序,对圆孔衍射像分辨本领进行仿真分析.[关键词]圆孔衍射;分辨本领; Airy斑;仿真分析意义：圆孔作为光学仪器基本形状,其衍射现象在光学研究中占有重要地位.光学衍射现象的实验演示需要特定的实验仪器和实验所,给研究工作带来许多不便.另外,清晰的圆孔衍射图样,要求的圆孔半径很小,在一般实验中难以实现.基于MATLAB6软件强大的计算能力和可视化功能上的优势,利用计算机对圆孔衍射过程进行仿分析,可以使衍射现象直观地表现出来;通过调整实验参数,可以同步生成不同实验条件下的衍射图样,便于对衍射现象和像分辨本领进行比较分析;利用色图表现光强分布,使实验效果更为逼真,在实和研究中具有重要意义.1圆孔衍射的实验装置与数学模型的、建立圆孔夫琅禾费衍射装置如图1所示,S为点光源,位于透镜L1的焦平面的主光轴上,光屏E置于焦距为D的透镜L2的焦平面上.圆孔P的半径为R.入射光波长为λ.射圆孔时,沿衍射角θ方向传播的次波在光屏Q(x,y)处的光强分布为[1]Iθ= I0(J1(2m)m)2.其中:m=πRλsinθ,sinθ=x2+y2x2+y2+D2;I0为分常数.2主程序编写与衍射图样的生成运用MATLAB编制运算程序circle_aperturebase01.m,程序运行后,在坐标区可以生成圆孔琅禾费衍射图样.为了满足程序的普遍性和通用性,主程序中共设置5个输入参数,分别为λ,D,R,θ0(入射光垂直入射为θ0=0),最大坐标范围xmax.长度以毫米为单位.主程序circle_aperture_base01.m如下:function circle_aperture_base01(lambda,D,R,theta0,xmax) %对参量赋值lambda=6.328*1e-4;D=64;R=0.02;xmax=pi;theta0=0%设定图像的范围,并把x分成401个点(根据程序需要,设为奇数点).x=linspace(-xmax,xmax,401);[x,y]=meshgrid(x); %%建立x,y网格%建立强度分布矩阵x0=D*tan(theta0);sin_theta=sqrt(((x-x0).^2+y.^2)./((x-x0).^2+y.^2+D^2)); %%sin(theta)z=R*sin_theta/lambda; %%z=Rsin(theta)/lambdam=pi*z;I=(bessel(1,2*m)./m).^2;%生成强度分布图%绘制相对光强与x坐标的关系曲线(沿y=0方向) subplot('position',[0.15 0.6 0.7 0.35]),plot(x(1,:),I((end+1)/ 2,:))%绘制相对光强与坐标(R*sin(theta)/lambda)的关系曲线(沿y=0方向)subplot(2,2,3),plot(z((end+1)/2,:),I((end+1)/2,:));%绘制强度分布的灰度图NCLevers=255; %%确定用的灰度等级为255Imax=max(max(I));Ir=I/Imax*NCLevers;colormap(gray(NCLevers)); %%用灰度级颜色绘图subplot(2,2,4),image(x(1,:),y(:,1),Ir) %%绘制强度的灰度图axis squareaxis([-2 2 -2 2]);colorbar('vert')程序运行后,在坐标区,生成强度分布曲线和色图(如图2,图中的极值判断和文字标示命令在程序中未列出).图中,上图表示强度沿x坐标(y =0)分布,下图左侧表示强度随无量纲因子Rsinθ/λ的变化规律,右侧则表示光强在xoy平面的变化规律,中央的白色亮区为Airy斑.在光强曲线图中,用红点和绿点表示极大值点和极小值点,对应坐标也在图2(c)中央明区中给出.3衍射图样分析3.1Airy斑与极小值由图2可知,当Rsinθ/λ≈0.61时,出现第一级极小值.定义在光屏上由两个第一级极小值之间所围圆形区间为Airy斑.Airy斑的中心位于坐标原点,其角半径为0.61λ/R,如图所示.3.2第一级次极大由图2可知,当Rsinθ/λ≈0.82时,出现第一级次极大值,其相对光强为1.7%.其余次极大的光强将更小.3.3参数对衍射图样的影响进一步调整参数R、D及λ,其Airy斑及各级衍射环的相对位置发生变化.如图3所示,Airy斑的角半径与R成反比,与λ成正比,其线半径与D成正比.5结论从上面的一系列讨论可以发现,通过计算机编程,对圆孔夫琅禾费衍射进行仿真分析,无需复杂的实验仪器和苛刻的实验环境,可在短时间内完成多种实验条件衍射图样的演示.运用MATLAB强大的数值计算功能和优越的可视化特征,可以同步求出衍射图样的一些重要物理量的数值,满足仿真实验的需要,为教学和研究工作提供了强有力的演示工具.利用计算机编程,仿真演示复杂的物理现象, 作为计算物理学的一个发展方向,具有广阔的发展前景.[参考文献][1]姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社, 2002.[2]赵凯华,钟锡华.光学(上册)[M].北京:北京大学出版社, 1984.摘要:采用matlab7.0强大的函数作图功能对圆孔、矩孔和双矩孔的夫琅和费衍射进行模拟,建立直观形象并且精确完整的理论模型,并附上程序代码,将干涉理论联系起来,分析衍射和干涉的本质。

基于MATLAB的物理光学实验仿真平台设计

基于MATLAB的物理光学实验仿真平台设计发表时间：2020-11-19T01:51:51.804Z 来源：《当代教育家》2020年24期作者：孙言徐露[导读] 光学部分是物理教学中非常重要的内容，其中光学的干涉和衍射内容对学习好光学知识更为重要. 光学理论学习比较抽象，学生在很难形成直观的图像，一般需要通过实验去加深理解.徐州工程学院物理与新能源学院江苏徐州 221018摘要：采用GUI设计用户界面，通过MATLAB软件编写算法，实现光学实验仿真平台，模拟了光学干涉和衍射等十一个实验. 通过移动滑块改变实验参数，得到动态的光学实验仿真图像和光强分布曲线，清晰生动地展示出实验条纹随参数的变化情况. 本平台应用到课堂的教学中，能够提高学生的学习兴趣，增加学生对抽象理论知识的理解，对课堂教学具有重要的实用价值.关键词：光学实验；GUI；MATLAB仿真光学部分是物理教学中非常重要的内容，其中光学的干涉和衍射内容对学习好光学知识更为重要. 光学理论学习比较抽象，学生在很难形成直观的图像，一般需要通过实验去加深理解. 然而实验教学需要花费长时间准备，不易实时配合理论教学，利用软件仿真平台可以很好地解决课堂教学中的这一问题. 目前，国内科研和教学工作者开展了一些光学仿真实验的研究和开发，但大多都是对个别实验项目的仿真和模拟，尚未形成系统的教学软件[1-2]. 基于此，本文利用MATLAB软件设计光学实验仿真平台，通过GUI设计实验界面，编写仿真代码，模拟了杨氏双缝干涉、多缝干涉、迈克尔逊干涉、劈尖干涉、牛顿环、多光束干涉、单缝衍射、双缝衍射、圆孔衍射、矩孔衍射、光栅衍射等光学实验.本平台应用于课堂教学，能够使学生深刻理解抽象的光学理论知识，对提高物理课堂教学效果具有重要应用价值.1 平台设计本设计平台包含多个干涉和衍射实验的仿真，并且需要实现独立运行. 实验仿真系统的设计流程为设计系统主界面→设计实验主界面→构建系统→生成可执行文件.第一步是设计系统主界面，首先设计系统显示界面，然后用MATLAB并编写仿真代码，建立GUI界面，最后设置菜单栏，点击菜单上的实验项目，便可以进入对应实验界面.第二步是设计实验界面，在本界面需要设置标题、面板、按钮、调节滑块、参数显示等模块. 并根据公式设计绘图算法，以实现绘图的功能.第三步是构建系统，将设计完的实验文件构建在菜单栏编辑器中，并且设计系统主界面的内容和操作方式.第四步是生成可执行文件，将所设计编写的文件和插入的图片一起导入到应用程序编译器中，生成可在Windows上独立运行的软件.为了便于观测仿真效果，根据不同实验的特点更改控件的相关属性. 例如在光栅衍射实验中，在同一个实验界面上可以实现多个仿真实验同时运行，以方便对比条纹特点. 为了达到理想的仿真效果，采用与光波波长相对的颜色进行作图，并且采用滑块改变输入参数，从而实现连续变化的图像.2 干涉实验设计下面以杨氏双缝干涉实验的设计为例，介绍干涉实验的仿真设计过程.2.1 设计过程根据杨氏双缝干涉实验原理，设置实验参数，放置相关按钮模块，根据理论公式仿模拟的仿真条纹和光强分布曲线.上述功能需要通过按钮和滑块来控制界面操作，本仿真实验设置三个实验参数：两缝距离d、缝中心到投影屏间距离D、波长. 参数的输入方式有两种：第一种是可以通过键盘输入更改数据，得到对应数据的实验结果；第二种是通过调节右侧的滑块，能够实现动态的实验仿真图.仿真图像设置了仿真条纹和光强分布曲线，并排摆放，便于观察某点的条纹和光强大小. 按钮的功能设置为：重置实验界面、显示原理图和公式、运行实验、关闭界面. 绘制仿真实验图像的步骤如下：1）读取文本框数据：设定参数的初始值并且读取数据，其中数据源于实验界面的滑块变动或文本框的输入.2）设定范围和取样：设定x、y坐标轴的范围和取样点数，并运用采样函数进行取点，建立一个采样的数组，此数组用来存储屏幕上采样点的纵坐标.3）计算N个点光程差：利用公式计算出屏幕上的每一点到双缝的距离L1和L2，根据上述理论中的光程差公式计算出每一点的光程差，对屏幕上的点进行N次循环计算出所有点的光程差，最后建立二维数组用来存储每个点对应的光程差.4）计算N个点的相位差，计算出光强.5）用灰度颜色设置色图和颜色：设定图片显示的灰度等级为255级，其中最大的光强对应着最大灰度级，用灰度级颜色图设置色图和明暗，将仿真图像的条纹颜色与光强相对应.6）绘制条纹、曲线，设置坐标轴范围.2.2 仿真结果演示当向右缓慢移动滑块增加两缝距离，中央明纹的位置不变，仿真条纹间距逐渐变小，明纹宽度逐渐变小. 当向右缓慢移动滑块增加缝中心到投影屏距离，仿真条纹间距逐渐变大，明纹宽度逐渐变大.当向右缓慢移动滑块增加波长，仿真条纹间距逐渐变大，明纹宽度逐渐变大.3 衍射实验设计下面以圆孔衍射实验的设计过程为例，介绍衍射实验的仿真设计过程.3.1 设计过程圆孔衍射仿真实验设置三个实验参数：圆孔半径R、透镜焦距f、波长. 参数设置模块设置了文本框输入和滑块改变参数两种方法.仿真图设置了仿真条纹和光强分布曲线，并排摆放，便于观察某点的条纹和光强大小.左侧放置实验原理图和实验相关的结论公式，便于用户理解实验.按钮模块设置了四个功能按钮，用来实现界面操作重置、显示原理图和公式、运行实验和关闭界面. 根据圆孔衍射实验原理设计仿真代码，其设计流程为：1）读取文本框数据：读取文本框内的数据，其中数据源于实验界面的滑块变动或文本框的输入.2）建立方形网格：设定x，y轴的范围，确定取样点数，用来绘制二维仿真图像.3）计算所有点光强：主要根据上述的光强公式计算出所有点的光强.4）用灰度颜色设置色图和明暗：设定图片显示的灰度等级为255级，其中最大的光强对应着最大灰度级，用灰度级颜色图设置色图和明暗，将仿真图像的条纹颜色与实际光强相对应.5）绘制仿真条纹和曲线.6）设置坐标轴属性.3.2 仿真结果演示在GUI界面通过输入不同的参数来改变衍射条纹，其仿真结果如图2所示：观察到条纹是一个中心亮斑和周围逐渐变暗的同心圆环，结合光强分布曲线可以得到以下结论：光强主要集中在中央亮斑，越往外扩散，明纹的光强逐次递减；明条纹间距由中间向两边逐渐变窄，明纹的宽度也逐渐变小；随着圆孔半径增大，中央明纹的面积越小，次级明纹半径越小，光强减小；随着透镜焦距增大，中央明纹的面积越大，次级明纹半径越大，光强增强；随着波长增大，中央明纹的面积越小，次级明纹半径越小，光强减小.4 编译系统将设计系统的所有文件插入到编译器里进行编译，生成可执行文件，得到仿真平台主界面，仿真效果如图3所示.5 结论本文利用MATLAB软件的GUI界面设计、算法编程、应用程序编译等功能，实现了包含光学干涉和衍射的十一种光学实验的仿真平台.经测试运行，系统可方便直观的模拟动态的光学干涉和衍射实验仿真图像和光强分布曲线. 本平台运用在物理课堂教学中，能方便快捷的演示光学的干涉和衍射等相关的实验现象，便于学生快速理解抽象的理论知识，对物理教学具有重要的实用价值.参考文献：[1]李小燕，冯卓宏，邱俊才. Matlab在大学物理教学中的应用[J].实验技术与管理，2010，27（11）：124-126.[2]鲍德松，王业伍，郑波.探究性物理实验教学平台建设的探索[J].实验室研究与探索，2019，37（09）：252-255+285.[3]李栋玉，时有明，张廷宪.杨氏双缝干涉实验的条纹分布研究[J].实验技术与管理，2019，36（10）：120-122+126.[4]李玉强.干涉实验明暗条纹公式及条纹级次的讨论[J].伊犁师范学院学报（自然科学版），2016，10（01）：91-96.[5]谭毅. 杨氏双缝干涉实验的仿真研究[J].实验技术与管理，2012，29（03）：91-93+190.[6]赵盾. 光学实验计算机仿真平台的构建[D].武汉，武汉理工大学，2010.[7]常山，吴波，桑志文，等.3种圆孔衍射的两种计算方法研究[J].应用光学，2010，31（05）：734-740.[8]刘娟，胡滨，周雅. 物理光学基础教程[M].北京：北京理工大学出版社，2017，156-158.基金项目：徐州工程学院教改课题“虚拟仿真实验教学信息化平台的建设研究”（YJ1949）.作者简介：孙言（1984-），男，江苏徐州，副教授，主要从事物理电子学的研究。

光学的matlab处理与可视化

光学的matlab 处理与可视化第一部分几何光学中的matlab 处理与可视化1、折射定律：2211sin sin i n i n =①1n 、2n 给定（1n =1.0，2n =1.5），折射角2i 随入射角1i （1i =0~90O ）的关系曲线； ②1n 、1i 给定（1n =1.0，1i =O30），折射角2i 随折射率2n （2n =1.0~2.64）的关系曲线； ③2n 、1i 给定（2n =1.5，1i =O 30），折射角2i 随折射率1n （1n =1.0~2.64）的关系曲线。

2、像的深度、视深的变化（P.8）in i n y y cos sin 12'-='y 是物的深度，'y 是像的深度。

①y 、'n 、n 给定（y=50mm ，'n =1.0mm ，n =4/3），视深'y 与入射角i （i =0~90o ）的关系曲线； ②'n 、y 、i 给定（'n =1.0mm ，y=50mm ，i =30o ），视深'y 与折射率n （n =1~2.64）的关系曲线； ③y 、n 、i 给定（y=50mm ，n =4/3、i =30o ），视深'y 与折射率'n （'n =1~2.64）的关系曲线。

3、棱镜的最小偏向角的变化（P.12~13）题目参考：钱惠国的论文4、光纤光线的轨迹（P.11）)1(2222)(r a n n o r -=由drdn n dz r d 2022022cos 21θ=得光线的轨迹 )cos sin(00)(ϕθ+=z aA r z① 作出对于不同的入射角0θ，r 与z 的关系曲线； ②作出对于不同的a 常量，r 与z 的关系曲线； ③用matlab 求解微分方程得光线的轨迹方程。

5、各种玻璃折射率柱面公式42λλCBA n ++=（A 、B 、C 为常数，确定）。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程和光学科学等领域中重要的研究手段。

然而，由于实验条件的限制和复杂性，有时难以进行精确的实验。

因此，基于计算机的光学实验仿真技术应运而生。

本文将介绍一种基于Matlab的光学实验仿真方法，通过对光路的建模、光线传播的模拟和光强分布的计算，实现光学实验的精确仿真。

二、仿真原理及建模基于Matlab的光学实验仿真主要包括以下步骤：1. 建立光路模型。

根据实际光学实验的需求，建立光路模型，包括光源、透镜、反射镜等光学元件的参数和位置关系。

2. 光线传播模拟。

根据光路模型，模拟光线在光学元件之间的传播过程，包括光线的折射、反射等物理过程。

3. 光强分布计算。

根据光线传播模拟的结果，计算光强分布，包括光强的空间分布和光谱分布等。

在Matlab中，可以使用矩阵运算和数值计算等方法实现上述步骤。

例如，可以使用矩阵表示光路模型中的光学元件和光线传播路径，通过矩阵运算实现光线的传播和光强分布的计算。

三、仿真实现以一个简单的光学实验为例，介绍基于Matlab的光学实验仿真的实现过程。

1. 定义光源和光学元件参数。

在Matlab中定义光源的发光强度、波长等参数，以及透镜、反射镜等光学元件的参数和位置关系。

2. 建立光路模型。

根据定义的光源和光学元件参数，建立光路模型，包括光线传播路径和光学元件之间的相互作用。

3. 模拟光线传播。

使用Matlab中的矩阵运算和数值计算方法，模拟光线在光学元件之间的传播过程，包括光线的折射、反射等物理过程。

4. 计算光强分布。

根据光线传播模拟的结果，计算光强分布，包括光强的空间分布和光谱分布等。

5. 绘制仿真结果。

将计算得到的光强分布结果绘制成图像或图表，以便于观察和分析。

四、仿真结果分析通过对仿真结果的分析，可以得出以下结论：1. 基于Matlab的光学实验仿真可以实现对光学实验的精确模拟，具有较高的精度和可靠性。

2. 通过仿真可以方便地观察和分析光路中光线传播的过程和光强分布的情况，有助于深入理解光学原理和光学元件的相互作用。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学中重要的实验领域之一，其研究范围涵盖了光的传播、干涉、衍射、偏振等基本现象。

然而，在实际的光学实验中，由于各种因素的影响，如设备精度、环境噪声等，往往难以得到理想的实验结果。

为了更好地理解和研究光学现象，提高实验的准确性和效率，基于Matlab的光学实验仿真成为了一种有效的手段。

本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的基本原理、方法及其实验结果分析。

二、Matlab光学实验仿真的基本原理和方法1. 基本原理Matlab是一种强大的数学计算软件，其强大的数值计算和图像处理功能为光学实验仿真提供了可能。

在光学实验仿真中，我们可以通过建立数学模型，模拟光的传播、干涉、衍射等过程，从而得到光场分布、光强分布等光学参数。

2. 方法（1）建立数学模型：根据光学实验的实际情况，建立光的传播、干涉、衍射等过程的数学模型。

（2）设置参数：根据实验需求，设置模拟参数，如光波长、光束尺寸、光学元件参数等。

（3）运行仿真：在Matlab中运行仿真程序，得到光场分布、光强分布等光学参数。

（4）结果分析：对仿真结果进行分析，如绘制光强分布图、计算光程差等。

三、基于Matlab的光学实验仿真实例以光学干涉实验为例，介绍基于Matlab的光学实验仿真方法。

1. 建立数学模型：根据干涉实验的实际情况，建立双缝干涉的数学模型。

该模型包括双缝的结构参数、光的波长、干涉场的空间分布等。

2. 设置参数：根据实验需求，设置双缝间距、缝宽、光波长等参数。

3. 运行仿真：在Matlab中运行仿真程序，得到双缝干涉的光强分布。

4. 结果分析：对仿真结果进行分析，如绘制光强分布图、计算干涉条纹的可见度等。

通过仿真结果与实际实验结果的对比，验证了仿真方法的准确性和可靠性。

四、实验结果分析基于Matlab的光学实验仿真可以得到准确的光场分布、光强分布等光学参数，为光学实验提供了有效的手段。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验在科学研究和教学领域占据重要地位，它们通过直观的实验方式展示光的性质和行为，同时帮助研究人员深化对光学原理的理解。

然而，由于实验条件、设备及环境因素的限制，一些实验可能难以进行或结果不理想。

因此，基于Matlab的光学实验仿真应运而生，它能够模拟真实的光学实验环境，提供更为准确和可靠的结果。

本文将详细介绍基于Matlab的光学实验仿真过程及其应用。

二、Matlab仿真环境介绍Matlab是一款强大的数学计算软件，它提供了丰富的函数库和工具箱，可以方便地进行光学仿真实验。

在光学仿真中，Matlab的图像处理工具箱和光学工具箱发挥了重要作用。

通过这些工具箱，我们可以模拟光线的传播、干涉、衍射等现象，从而实现对光学实验的仿真。

三、光学实验仿真过程1. 确定仿真目标：首先，需要明确仿真的目标，即要模拟哪种光学实验或现象。

这需要结合实际需求和实验条件进行确定。

2. 建立仿真模型：根据仿真目标，建立相应的光学仿真模型。

这包括光源模型、光路模型、探测器模型等。

在Matlab中，可以通过编写代码或利用工具箱中的函数来建立这些模型。

3. 设置仿真参数：根据实际需要，设置仿真参数，如光源的波长、光路的长度和角度、探测器的灵敏度等。

这些参数将直接影响仿真的结果。

4. 运行仿真：在设置好参数后，运行仿真程序。

Matlab将根据建立的模型和参数进行计算，并输出仿真结果。

5. 分析结果：对仿真结果进行分析，验证其是否符合预期。

如果存在差异，需要调整模型或参数，重新进行仿真。

四、光学实验仿真的应用1. 教学应用：基于Matlab的光学实验仿真可以用于教学领域。

通过仿真实验，学生可以直观地了解光的传播和相互作用过程，加深对光学原理的理解。

同时，仿真实验还可以弥补实际实验条件的不足，提高教学效果。

2. 科学研究：在科学研究领域，基于Matlab的光学实验仿真可以用于模拟复杂的光学现象和实验。

基于Matlab GUI光的衍射实验仿真

基于Matlab GUI光的衍射实验仿真闫燕;丁益民;王喜艳【摘要】利用Matlab仿真软件的GUI图形用户界面可视化工具和FFT傅里叶变换工具,对圆孔、方形孔、多边形孔、圆盘四种不同的孔形进行菲涅尔光的衍射实验仿真.通过用户界面对光学参数进行数据交互,能形象直观地得到四种不同孔径光的衍射图纹、光强三维分布、光强二维分布图像.应用于物理课堂教学中能将抽象难于实现的衍射实验现象直观呈现,同时,有助于学生对衍射原理的理解,具有操作便捷、设计灵活等特点,从而达到较好的实验演示教学目的.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2019(032)004【总页数】4页(P88-91)【关键词】Matlab GUI;光的衍射;仿真实验【作者】闫燕;丁益民;王喜艳【作者单位】湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉 430062;湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉 430062;湖北大学物理与电子科学学院,湖北武汉430062【正文语种】中文【中图分类】O4-39菲涅尔衍射是大学物理重点学习内容，但光的衍射实验现象对实验设备及环境要求苛刻，通常不能达到较好的实验结果。

近年来，不断有人在光的衍射仿真方面上做了多种尝试，吕波、徐志军对远场的夫琅禾费衍射(光源和观察幕离障碍物的孔或屏均为无穷远的衍射现象)进行了研究，将菲涅尔衍射积分转化为含快速傅里叶变换的积分，求解出在任意形状衍射屏的夫琅禾费衍射图样和光强分布[1-4]。

惠更斯—菲涅尔提出的子波干涉原理与基尔霍夫求解波动方程所得的结果十分一致，都可以表示成类似的衍射公式。

本文研究的是在基于傅里叶变换的光学理论基础上，利用Matlab的FFT傅里叶变换工具和GUI图形用户界面工具[5]，通过控制观察屏距离和光的波长，将高性能的数据计算和GUI可视化结合在一起，实现多种衍射屏下菲涅尔衍射现象(光源与衍射屏距离z为有限远时，所观察到的衍射现象)的仿真模拟。

1 傅里叶光学理论基础假设一个有限孔径，设孔径屏的直角坐标系为(x0,y0)，并且观察平面与孔屏平行，两个平面间的间距为z，观察平面的坐标系为(x,y)，这时，观察平面上的场可以表示为：exp{j2π[fx(x-x0)+fy(y-y0)]}(1)根据近轴近似条件：(2)同时利用傅里叶变换关系先对fx，fy进行积分，得到如下的菲涅尔公式：(3)令则(3)式上式可以写为：(4)对(4)做傅里叶变换可以得到：A(fx,fy,z)=A0(fx,fy)H(fx,fy,z)(5)式中：A(fx,fy)=FFT{U0(x,y)}对于单位振幅入射平面波：A0(fx,fy)=FFT{t0(x,y)}H(fx,fy)=FFT{h(x,y)}根据以上原理，传递函数H(fx,fy)已知，只需要求得透射孔径的透过率函数t0(x,y)，然后对透过率函数进行傅里叶变换得，并与传递函数相乘得到A(fx,fy,z)，最后做一个逆傅里叶变换得到U(x,y,z)=IFFT{A(fx,fy,z)}，即可得到菲涅尔衍射图像。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程和光学科学等领域中重要的研究手段。

然而，传统的光学实验通常需要使用大量的物理设备和器材，而且往往因为各种因素的影响（如设备误差、环境干扰等）而存在一定程度的误差。

为了更好地研究光学原理、优化光学设计、减少实验成本和降低实验风险，基于Matlab的光学实验仿真逐渐成为了研究的热点。

本文旨在介绍基于Matlab的光学实验仿真的原理、方法和应用。

二、Matlab光学实验仿真的原理Matlab是一种强大的数学计算软件，具有丰富的函数库和强大的数据处理能力。

在光学实验仿真中，Matlab可以通过建立光学系统的数学模型，模拟光在介质中的传播、反射、折射、干涉、衍射等过程，从而实现对光学系统的性能进行预测和优化。

三、Matlab光学实验仿真的方法基于Matlab的光学实验仿真主要包括以下几个步骤：1. 建立光学系统的数学模型。

根据光学系统的原理和结构，建立光在介质中传播的数学模型，包括光的传播路径、光线的反射和折射等。

2. 编写仿真程序。

利用Matlab的编程语言，根据数学模型编写仿真程序，实现光在介质中的传播过程的模拟。

3. 设置仿真参数。

根据实验需要，设置仿真参数，如光源的波长、光线的入射角、介质的折射率等。

4. 运行仿真程序。

运行仿真程序，得到光在介质中传播的模拟结果。

5. 分析结果。

对模拟结果进行分析，得出光学系统的性能参数，如光线的传播轨迹、光强分布等。

四、Matlab光学实验仿真的应用基于Matlab的光学实验仿真可以广泛应用于光学设计、光学测量和光学教学等领域。

1. 光学设计。

在光学设计中，可以利用Matlab进行光学系统的性能预测和优化。

通过建立光学系统的数学模型，模拟光在介质中的传播过程，可以预测光学系统的性能参数，如焦距、像差等。

同时，通过优化设计参数，可以优化光学系统的性能，提高光学系统的成像质量和稳定性。

2. 光学测量。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程等领域中重要的研究手段之一。

然而，由于实验条件的限制，有时难以进行某些复杂或高成本的光学实验。

因此，基于Matlab的光学实验仿真成为了一种有效的替代方案。

本文将介绍一种基于Matlab的光学实验仿真方法，通过仿真实验来模拟真实的光学实验过程，为光学研究提供新的思路和方法。

二、仿真模型建立1. 光学系统模型在基于Matlab的光学实验仿真中，首先需要建立光学系统模型。

根据实验需求，建立光源、透镜、光栅等光学元件的数学模型，确定它们在光学系统中的位置、方向以及相互关系。

同时，需要设定光束在传播过程中的传播路径、速度、强度等参数。

2. 仿真参数设置在建立好光学系统模型后，需要设置仿真参数。

这些参数包括光源的波长、光束的传播距离、透镜的焦距等。

此外，还需要设置仿真环境的参数，如环境温度、大气折射率等。

这些参数的设置将直接影响仿真结果的真实性和准确性。

三、仿真实验过程1. 光源模拟在Matlab中，可以使用内置的光源函数来模拟各种类型的光源。

例如，可以使用高斯光源来模拟激光束的形状和强度分布。

通过调整光源的参数，可以模拟不同类型的光源，如单色光或多色光等。

2. 透镜模拟透镜是光学系统中常用的元件之一。

在Matlab中，可以使用数学模型来模拟透镜的聚焦作用。

通过设定透镜的焦距和位置，可以计算光束经过透镜后的传播路径和光强分布。

3. 光栅模拟光栅是用于产生衍射光束的元件。

在Matlab中，可以使用傅里叶变换来模拟光栅的衍射作用。

通过设定光栅的参数（如光栅常数、光栅类型等），可以计算衍射光束的分布和强度。

4. 仿真结果分析完成仿真实验后，需要对仿真结果进行分析。

可以通过绘制光束传播路径图、光强分布图等方式来展示仿真结果。

同时，还可以使用Matlab中的图像处理函数来对仿真结果进行进一步处理和分析，如滤波、增强等操作。

四、实验结果与讨论1. 实验结果展示通过基于Matlab的光学实验仿真，我们可以得到各种光学元件对光束的影响以及整个光学系统的性能表现。

《2024年基于Matlab的光学实验仿真》范文

《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程、光子学等多个学科领域的重要实验。

然而，真实的实验条件可能会对实验结果产生干扰，导致数据的准确性不够。

因此，采用基于计算机的光学实验仿真显得尤为重要。

在仿真过程中，MATLAB是一种功能强大的编程工具，可有效进行复杂的计算与仿真分析。

本文将介绍一种基于Matlab的光学实验仿真方法，为科研工作者提供一定的参考价值。

二、Matlab仿真实验的基本原理Matlab作为一种高级编程语言，拥有强大的数学计算、数据分析和图像处理功能。

在光学实验仿真中，Matlab通过建立光传播的数学模型，利用数值方法求解出光的传播规律和相互作用。

基本原理包括光源建模、光路设计、材料参数设置、算法模拟等步骤。

通过设定适当的参数，可以在Matlab中实现真实的光学实验场景和效果。

三、仿真模型的设计与实现在Matlab中进行光学实验仿真，需要设计一个合适的仿真模型。

模型包括光源、光路、探测器等组成部分。

在模型中，首先需要定义光源的参数，如光源的强度、波长等；然后根据光学原理设计光路，包括透镜、反射镜等光学元件的参数和位置；最后设置探测器，用于接收并分析光信号。

在实现过程中，需要使用Matlab的数值计算和图像处理功能。

例如，利用Matlab的矩阵运算功能进行光的传播路径和光场强度的计算；使用Matlab的图形界面编程技术进行界面的设计；以及使用图像处理算法进行图像的滤波和增强等。

四、实验仿真与真实实验对比将基于Matlab的光学实验仿真与真实实验进行对比，可以发现两者的结果具有一定的相似性。

这表明了仿真模型的有效性。

此外，由于仿真实验不受实验条件的限制，可以在不受时间和地点等因素影响的条件下进行大量的重复实验。

此外，通过调整仿真模型的参数，可以方便地研究不同条件下的光学现象和规律。

五、应用实例以激光干涉仪为例，介绍基于Matlab的光学实验仿真的应用实例。

基于Matlab的光学衍射仿真

基于Matlab的光学衍射实验仿真摘要光学试验中衍射实验是非常重要的实验. 光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物时能够绕过障碍物的边缘前进的现象, 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据. 衍射系统一般有光源、衍射屏和接受屏组成, 按照它们相互距离的大小可将衍射分为两大类, 一类是衍射屏与光源和接受屏的距离都是无穷远时的衍射, 称为夫琅禾费衍射, 一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射称为菲涅尔衍射。

本文用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。

最后创建了交互式GUI界面，用户可以通过改变输入参数模拟不同条件下的衍射条纹。

本文对于衍射概念、区别、原理及光强分布编程做了详细全面的介绍关键字：Matlab；衍射；仿真;GUI界面;光学实验Matlab-based Simulation of Optical Diffraction ExperimentAbstractOptical diffraction experiment is a very important experiment. is the diffraction of light propagation of light in the obstacles encountered in the process to bypass the obstacles when the forward edge of the phenomenon of light diffraction phenomenon of the wave theory of light provides a strong Evidence. diffraction systems generally have light, diffraction screen and accept the screen composition, size according to their distance from each other diffraction can be divided into two categories, one is the diffraction screen and the light source and the receiving screen is infinity when the distance between the diffraction Known as Fraunhofer diffraction, one is diffraction screen and the light source or accept a limited away from the screen when the diffraction is called Fresnel diffraction.In this paper, Matlab software on a typical phenomenon of a mathematical model of diffraction, the diffraction intensity distribution of the programming operation, the diffraction experiment is simulated. Finally, create an interactive GUI interface, users can change the input parameters to simulate different conditions of the diffraction pattern.This concept of the diffraction, difference, intensity distribution of programming principles and a detailed comprehensive descriptionKey word: matlab；diffraction; simulation; gui interface; optical experiment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 (2)1.3M ATLAB仿真的优越性 (2)1.4仿真的主要内容 (2)2 衍射 (3)2.1光的衍射现象 (3)2.1.1衍射定义 (3)2.1.2光的衍射现象 (3)2.2惠更斯——费涅耳原理 (6)2.2.1原理表述 (6)2.2.2原理的定量表达式 (6)2.3夫琅禾费原理 (7)2.3.1夫琅禾费衍射的装置 (8)2.3.2夫琅禾费矩孔衍射 (9)2.3.3夫琅禾费单缝衍射 (10)2.3.4夫琅禾费多缝衍射 (11)2.3.5多缝衍射图样 (12)2.4菲涅尔衍射原理 (13)2.4.1菲涅尔半波带法 (13)2.4.2菲涅尔单缝衍射 (14)2.4.3矩孔菲涅尔衍射 (15)3 夫琅禾费衍射仿真 (16)3.1夫琅禾费单缝衍射仿真 (17)3.2夫琅禾费多缝衍射仿真 (19)3.3夫琅禾费矩孔衍射仿真 (20)4 菲涅尔衍射仿真 (26)4.1菲涅尔方孔衍射仿真 (23)4.2菲涅耳单缝衍射仿真 (26)5 交互式GUI界面 (29)6 总结 (30)参考文献 (31)致谢 (33)毕业设计（论文）知识产权声明 (34)毕业设计（论文）独创性声明 (35)附录1（GUI编程） (36)1 绪论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。

MATLAB多光束实验仿真

经过高反射率平面除 Er1外，其余反射光和透射光强度比较接近，可以产生对比度较高的多光束干涉条纹。
E0
Er1 Er 2 Er 3
n
E t 1 Et 2
除了要求各相干光束强度相近外，还要求它们之间的相位差按一定规律分布，否则，当光束数比较多时，干涉效果容易被抵消。
• 在这两组透射光与反射光中，相邻光的相位差δ 都相同，振幅不断衰减，相位差δ 的计算公式为：
%显示 Br=1/max(max(max(pc))); %调整矩阵元素的最大值为1的系数 pcl=pc*Br; %调节 imshow(pcl,[]) %显示仿真结果 title('多光束干涉仿真结果')
n表示介质层的折射率，d表示介质层的厚度，θ 表示光在反射面上的入射角， λ 为光的波长。
透射光强的计算公式：
多光束干涉条纹特征
等倾干涉条纹同心圆环
核心代码
%固定参数 lamda=[600 610 570 550 460 440 410]*1e-5; % 七色光的波长 RGB=[1,0,0;1,0.5,0;1,1,0;0,1,0;0,1,1;0,0,1;0.67,0,1]; %七色光的RGB值 h=0.05; %距离 pc=zeros(500,500,3); %设置光屏 %可调参数 r=0.54;%反射系数 n=1.5;%折射率 d=1.7;%薄膜厚度
多光束干涉原理
• 自扩展光源上任一点发出的一束光入射到高反射率平面上后，光就在两者之间多次往返反射，最后构成多束平行的透射光和多束平行的反射光。
干涉现象是各光束电磁场叠加的结果。如果参加叠加的各光束光强相差悬殊，则干涉场强度主要取决于最强光束的光强，干涉效果不明显。