基于光子晶体的matlab仿真

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高等光学仿真matlab第六章高功率光纤激光器版pdf

高等光学仿真matlab第六章高功率光纤激光器版pdf高功率光纤激光器是一种基于激光光源的新型发光器件，具有高功率、高光束质量、高光谱均匀度等特点，广泛应用于激光加工、激光通信、激光雷达等领域。

本文将介绍如何使用Matlab进行高等光学仿真，从而对高功率光纤激光器进行优化设计。

1.光学仿真原理光学仿真是利用计算机模拟光的传播过程，通过建立光学系统的数学模型，计算光场的传输、衍射、反射等现象，从而分析和优化系统性能。

Matlab作为一种强大的科学计算软件，提供了丰富的工具和函数，可用于光学系统的建模和仿真。

2.建立光纤激光器模型在Matlab中，可以利用光波传输法建立高功率光纤激光器的数学模型，包括光波传输方程、折射率方程、损耗方程等。

通过优化这些方程中的参数，可以设计出性能优越的光纤激光器。

3.光纤激光器的光场分析利用Matlab的光场传播函数，可以对光纤激光器的光场进行分析，包括光束的聚焦度、光谱特性、空间分布等。

通过观察这些参数的变化，可以了解光纤激光器在不同工作条件下的性能表现。

4.优化设计光纤激光器在光学仿真过程中，可以通过调节光纤激光器的结构参数、工作条件等，实现对光纤激光器性能的优化设计。

例如，通过改变激光器的长度、折射率、掺杂浓度等参数，可以提高光纤激光器的输出功率、波长稳定性等。

5.应用与展望高功率光纤激光器具有广泛的应用前景，可以应用于激光打标、激光切割、激光焊接等领域。

随着光纤激光器技术的不断进步，相信其在工业制造、医疗美容、通信等领域中将有更加广泛的应用。

综上所述，利用Matlab进行高等光学仿真，可以实现对高功率光纤激光器的精确建模和优化设计，为其在实际应用中发挥更大的作用提供了有力支持。

希望本文能够对读者在光学仿真领域的研究和应用有所启发，推动光学技术的不断发展和创新。

二维光子晶体TM波初边值问题的MATLAB矩阵分解算法

格维数定义，一维、维和三维光子晶体之分，有二其中二维光子晶体是目前的研究热点。
管它是否与时间相关，均可归结为差分后各边界节点值已知的初边值问题。本文介绍了用ＭＴＡＡＬＢ矩阵求解此类问题的一种算法，算法首先利用绝该对稳定的古典隐格式差分将ＴＭ波表示为矩阵模型，借助 “ 再蛙跳格式采样 ”ｌ一分离出有关磁场＿ ’
ｍａｒｘｌｆｉｉｉｎｃｍｍａｄｉＡＴＬｔｉｅｔｄｖｓｏｏｎｎＭＡＢ．Ｔｈｌｏｔｅａｇｒｈｍｓｃｎｉｅｉｏｃｐ，ｏｖｎｅｎｏｅａｉｎ，ｉｅｓｉｉｉｏｃｓｎｃｎｅｔｃｎｅｉｎｔｉｐｒｔｏｕｎｖｒａｎｌａｐｉａｉｎａｄａｙｉｏｒｍｍｉ．ｐｌｃｔｏｎｅｎｐｒｇａｓｎｇ
中图分类号：４１１Ｏ７．文献标识码：Ａ
ＭＡＴＬＡＢａｒｘｄｅｏｐｏｉｉｎａｇｒｔｍｏｎｔａ／ｂｕｄｒｍｔｉｃｍｓｔｏｌｏｉｈｆｒｉｉｉｌｏｎａｙｖｌｅｐｏｌｍｆｔ－ｉｅｓｏｌｐｏｏｉｒｓａａｕｒｂｅｏｗｏｄｍｎｉｎａｈｔｎｃｃｙｔｌ
ａｄｔｅｅｅｔｃｆｌｏｏｅｔａｅｓｐｒｔｄｂａ — ｏｇｎａｌｇａｄｔｅｒｓｌｔｎａｅｏｔｉｅｉｎｈｌｃｒｅｄｃｍｐｎｎｓｃｎｂｅａａｅｙｌｐｆｇｉｇｓｍｐｉｎｉｏｕｉｓｃｎｂｂａｎｄｗｔｉｉｅｒｎｈｏｈ

光子晶体光纤的色散模拟论文

光子晶体光纤的色散模拟摘要光子晶体光纤由于其区别于传统光纤而具有的无截止单模传输、可调节色散、高双折射、偏振控制、大的有效面积单模运转和小的有效面积高非线性等特性及其广泛的应用前景，成为当前国内外研究的一个热门课题.为了精确地分析、预测光子晶体光纤的传输特性，人们发展了许多理论分析方法，这些方法是研究光子晶体光纤的基本工具，在光子晶体光纤的研究领域占有很重要的地位.国内外在研究光子晶体方面的文章也非常之多，但是大都注重研究的结论，在众多的文献中能得到好多种光纤的特性信息，但却几乎找不到一种研究方法可以拿来直接用而不用经过和原作者一样的各种知识的繁杂学习的，基于提供一种通用而简单的研究光子晶体光纤的方法，作者通过自己对时域有限差分法(FDTD)和有限元方法的实践探索，总结出利用有限元软件COMSOL Multiphysics实现光子晶体光纤数值模拟的一系列简单可行步骤及后处理过程的MATLAB程序，使一般的研究者只要根据本文给出步骤就可以进行各种光子晶体光纤特性的数值模拟。

本论文在系统介绍光子晶体光纤基础知识及各种理论研究方法，并对这些方法优缺点作简单比较的基础上，重点介绍利用有限元软件COMSOL Multiphysics实现光子晶体光纤特性数值模拟的具体方法步骤，并应用该方法计算了条形光子晶体光纤和锥形光子晶体光纤的色散特性参数，并对二者做了简单的比较。

【关键词】:锥形、条形光子晶体光纤;色散模拟;COMSOL Multiphysics;数值模拟摘要 (1)第一章绪论 (3)1.1光子晶体光纤简介 (3)1.1.1光子晶体光纤的概念 (3)1.1.2光子晶体光纤的结构及其导光原理 (4)1.1.3光子晶体光纤的制备 (6)1.1.3.1堆积法 (6)1.1.3.2挤压法 (7)1.1.3.3超声波打孔法 (7)1.2光子晶体光纤的特性 (8)1.2.1无截止单模( Endlessly Single Mode) (8)1.2.2不同寻常的色度色散 (9)1.2.3非线性特性 (9)1.2.4优良的双折射效应 (10)1.3光子晶体光纤的研究现状 (11)1.4光子晶体光纤的应用前景 (11)1.5光子晶体光纤色散方面的研究 (12)1.6本论文的内容 (13)第二章光子晶体光纤的数值模拟 (14)2.1光子晶体光纤数值模拟的实现步骤 (14)2.2光子晶体光纤的数值模拟实例 (14)2.2.1锥形光子晶体光纤的有限元数值模拟的COMSOL Multiphysics实现过程 (15)2.2.1.1应用模式的选取与打开 (15)2.2.1.2模型建立 (17)2.2.1.3求解域、边界及输入波长的设置 (18)2.2.1.4求解参数的设置 (19)2.2.1.5求解及结果显示与分析 (20)2.2.2条形光子晶体光纤数值模拟实现过程 (22)2.2.2.1求解参数的设置 (22)2.3光子晶体光纤的色散计算 (24)第三章光子晶体光纤的色散计算结果及分析 (27)3.1锥形光子晶体光纤色散的计算结果 (27)3.2条形光子晶体光纤色散计算结果 (28)第四章总结 (32)参考文献 (33)致谢 (36)第一章绪论第一根光子晶体光纤是于1996年，由英国Bath大学的J.C.Knight研制出来的，它是一种二维方向上紧密排列(通常为周期性六角形)而在第三维方向(光纤的轴向)基本保持不变的波长量级的空气孔构成微结构包层的新型光纤。

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

基于Matlab的光学实验仿真一、本文概述随着科技的快速发展，计算机仿真技术已成为科学研究、教学实验以及工程应用等领域中不可或缺的一部分。

在光学实验中，仿真技术能够模拟出真实的光学现象，帮助研究者深入理解光学原理，优化实验设计，提高实验效率。

本文旨在探讨基于Matlab的光学实验仿真方法，分析Matlab在光学实验仿真中的优势和应用，并通过具体案例展示其在光学实验仿真中的实际应用效果。

通过本文的阐述，读者将能够了解Matlab在光学实验仿真中的重要作用，掌握基于Matlab的光学实验仿真方法，从而更好地应用仿真技术服务于光学研究和实验。

二、Matlab基础知识Matlab，全称为Matrix Laboratory，是一款由美国MathWorks公司出品的商业数学软件，主要用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算等领域。

Matlab以其强大的矩阵计算能力和丰富的函数库，在光学实验仿真领域具有广泛的应用。

Matlab中的变量无需预先声明，可以直接使用。

变量的命名规则相对简单，以字母开头，后面可以跟字母、数字或下划线。

Matlab支持多种数据类型，包括数值型（整数和浮点数）、字符型、逻辑型、结构体、单元数组和元胞数组等。

Matlab的核心是矩阵运算，它支持多维数组和矩阵的创建和操作。

用户可以使用方括号 [] 来创建数组或矩阵，通过索引访问和修改数组元素。

Matlab还提供了大量用于矩阵运算的函数，如矩阵乘法、矩阵转置、矩阵求逆等。

Matlab具有强大的数据可视化功能，可以绘制各种二维和三维图形。

在光学实验仿真中，常用的图形包括曲线图、散点图、柱状图、表面图和体积图等。

用户可以使用plot、scatter、bar、surf和volume 等函数来创建这些图形。

Matlab支持多种控制流结构，如条件语句（if-else）、循环语句（for、while）和开关语句（switch）。

这些控制流结构可以帮助用户编写复杂的算法和程序。

基于MATLAB的simulink对信号调制与解调的仿真

基于MATLAB的对信号调制与解调的仿真摘要Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。

本文主要是以simulink为基础平台，对2ASK、2FSK、2PSK信号的仿真。

文章第一章内容是对simulink的简单介绍和通信技术的目前发展和未来展望；第二章是对2ASK、2FSK和2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容，第三章是2ASK、2FSK和2PSK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法，在解调部分各信号都是采用相干解调的方法，而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。

关键词：2ASK、2FSK、2PSK，simulink,调制，相干解调目录摘要 (32)第一章绪论 (34)1.1 MATLAB/Smulink的简介 (34)1.2 通信发展简史....................................... 错误！未定义书签。

4 1.3 通信技术的现状和发展趋势........................... 错误！未定义书签。

7 第二章 2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的基本原理和实现...... 错误！未定义书签。

7 2.1 2ASK的基本原理和调制解调实现..................... 错误！未定义书签。

8 2.2 2FSK的基本原理和调制解调实现.................... 错误！未定义书签。

11 2.3 2PSK的基本原理和调制解调实现................... 错误！未定义书签。

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。

matlab仿真二维光子晶体最简程序

matlab仿真⼆维光⼦晶体最简程序本程序为初学者使⽤，只考虑MT⽅向下⾯的程序为matlab代码只考虑MT⽅向%This is a simple demo for Photonic Crystals simulation%This is a simple demo for Photonic Crystals simulation%This demo is for TE wave only, so only h wave is considered.%for TM direction only,10 points is considered.%---------------------------------------M%| / |%| / |%| / |%| --------------------|X%| T |%| |%| |%---------------------------------------%equation :sum_{G',k}(K+G)(K+G')f(G-G')hz(k+G')=(omega/c)^2*hz(k+G)%G' can considerd as the index of column, and G as index of rows%[(K+G1)(K+G1)f(G1-G1) (K+G1)(K+G2)f(G1-G2) ][hz(G1)]=(omega/c)^2[hz(G1)]%[(K+G2)(K+G1)f(G2-G1) (K+G2)(K+G2)f(G2-G2) ][hz(G2)] [hz(G2)]%or: THETA_TE*Hz=(omega/c)^2*Hz%by Gao Haikuo%date:20170411clear; clc; epssys=1.0e-6; %设定⼀个最⼩量，避免系统截断误差或除0错误%this is the lattice vector and the reciprocal lattice vectora=1; a1=a*[1 0]; a2=a*[0 1];b1=2*pi/a*[1 0];b2=2*pi/a*[0 1]; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%定义晶格的参数%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%epsa = 1; %介质柱的介电常数epsb = 13; %背景的介电常数Pf = 0.7; %Pf = Ac/Au 填充率，可根据需要⾃⾏设定Au =a^2; %⼆维格⼦原胞⾯积Rc = (Pf *Au/pi)^(1/2); %介质柱截⾯半径Ac = pi*(Rc)^2; %介质柱横截⾯积%construct the G listNrSquare = 10;NG =(2*NrSquare+1)^2; % NG is the number of the G valueG = zeros(NG,2);i = 1;for l = -NrSquare:NrSquarefor m = -NrSquare:NrSquareG(i,:)=l*b1+m*b2;i = i+1;endend%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%⽣成k空间中的f(Gi-Gj)的值，i,j 从1到NG。

matlab光学仿真

MATLAB光学仿真实验报告目录一、实验目的 (3)二、实验内容 (3)三、实验原理 (3)四.实验结果（各种干涉图样，） (4)1.平面波与球面波之间的相互干涉 (4)（1）平面波与平面波方向相对的干涉 (4)（2）球面波与球面波 (5)（3）球面波与平面波 (6)2.双缝干涉 (7)（1）经典杨氏双缝干涉 (7)（2）接收屏在侧面，且二者连线与干涉面垂直 (7)3.多孔干涉 (8)（1）三孔干涉 (8)（2）四个孔干涉 (9)4.多个不同方向的平面波 (10)5.牛顿环与电磁波传播 (10)（1）牛顿环 (10)（2）模拟电磁波动画 (11)五，实验总结与感想 (11)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。

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。

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。

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构【摘要】本文利用平面波展开法在Matlab中计算了一维光子晶体的带隙结构。

在理论基础部分，介绍了光子晶体的基本原理和相关知识。

平面波展开法原理详细解释了该方法在计算带隙结构中的应用。

通过建立合适的计算模型，使用Matlab编程进行计算，并对数值模拟结果进行了分析。

实验验证部分通过与已有实验结果的对比，证明了本文方法的有效性。

展望未来研究，在总结了本文研究意义的基础上，指出了对一维光子晶体带隙结构进一步研究的方向和价值。

通过本文的研究，可以更好地理解光子晶体的特性和应用，为相关领域的研究提供重要的理论指导和实验依据。

【关键词】平面波展开法、一维光子晶体、带隙结构、理论基础、计算模型、数值模拟、实验验证、研究展望、总结1. 引言1.1 研究背景光子晶体是一种具有周期性介质结构的材料，其具有优良的光学性能，被广泛应用于光学通信、传感器、光子集成电路等领域。

光子晶体的带隙结构是其独特光学性质的基础，通过调控光子晶体的结构参数可以实现对特定光波的传输、反射、折射等控制。

随着光子晶体在光学领域的应用日益增多，对光子晶体的带隙结构进行深入研究已成为当前光子晶体研究的热点之一。

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构是一种常见且有效的方法，可以快速准确地获取光子晶体的带隙特性。

本文旨在探讨利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构，通过建立合适的计算模型和采用相应的计算方法，分析一维光子晶体在不同结构参数下的带隙特性。

通过数值模拟结果的分析，可以深入了解一维光子晶体的光学性能，为进一步优化光子晶体结构和拓展其应用领域提供参考。

1.2 研究目的本文旨在利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构。

通过对一维光子晶体的带隙结构进行研究，我们可以更深入地了解光子晶体的特性及其在光学领域中的应用。

具体来说，我们的研究目的包括：探索平面波展开法在计算光子晶体带隙结构中的有效性和精度，建立一套完整的计算模型，为进一步研究光子晶体的光学性质奠定基础；分析不同参数对光子晶体带隙结构的影响，从而优化光子晶体的设计及应用；最终，利用数值模拟结果，得出关于一维光子晶体带隙结构的相关规律和特性，为实际应用提供理论指导和参考。

基于Matlab的偏振光的仿真模拟及其应用

第38卷第5期2019年5月绵阳师范学院学报Journal of M ianyang Teachers' CollegeVol. 38 N o. 5M ay. 2019DO I ： 10.16276/ki. cn51 -1670/g.2019.05.006基于Matlab的偏振光的仿真模拟及其应用鲁同所1>2,黄玉华l s，田耕\胡婧1(1•西藏大学理学院，西藏拉萨85_;2中国科学院上海应用物理研究所，上海201800)摘要：由于光的偏振性是光的横波性的最直接、最有力的证据，近年来,在日常生活和科学研究领域被广泛运用，已成为国内外的研究热点.本文主要利用Matlab软件对偏振光的部分偏振态进行了合成仿真模拟，通过改变条件和参数，获得各种偏振状态的三维曲线，有助于学生建立动态的时空图象，为其物理过程的解析提供了一个可视化手段，对在实际课堂教学中学生能熟练掌握和更好地理解偏振光知识具有重要的促进作用，也为实验过程中数据的分析处理提供了方便.关键词：偏振光；Matlab;仿真模拟；可视化中图分类号：0439; G642.0 文献标志码：A 文章编号：1672-612X(2019)05-0033-06〇引言光学是大学物理中重要的一门基础课程，而偏振光学是其中极其重要的一个分支,它与我们的生产生活密切相关，如在立体电影、测量学方面都有广泛的应用.如今,基于偏振光原理的技术也广泛应用于医学、军事、科研等领域，且已成为国内外研究热点.但偏振光知识抽象、深奥使人难以理解，且传统的偏振实验不便搬于课堂，其教学手段久滞于传统的理论模式，十分干枯、乏味.就此问题，众多偏振光教学研究者提出了启发式教学或者利用相关演示仪进行教学，但其实质仍为纯理论教学，并没有改善偏振光教学质量.为使偏振光这一重要教学内容能更高效地传播学习，以便学生能够直观、形象的理解偏振光的特性及应用，为当今光学技术研究热潮助力,这就要求对物理教学机制进行改革，为学生学习“偏振光”知识寻找一种高效、生动的学习研究模式.21世纪是信息技术时代,借助模拟软件将抽象、深奥的教学内容进行简化已成为辅助教学的重要手段之一.M a t l a b以强大的数值模拟功能、丰富的计算功能和科学计算数据的可视化功能从众多模拟软件中脱颖而出.M a t l a b做为一款诸多领域热衷的模拟软件，在偏振光的学习研究中，其仿真模拟技术可有效的将偏振光知识化抽象为具体，化繁为简，加深同学们对偏振光知识的理解，为理论分析和实验处理提供了方便，为预知实验成败提供了可能,为学生预留出更多时间和精力去挖掘和进一步探i寸偏振光的特性和潜在应用价值.1偏振光基本原理1809年，马吕斯在中发现了光的偏振现象，与此同时光的偏振”这一术语也由马吕斯初次提出[1].偏振光即光的振动方向与传播方向不对称的光[2].完全偏振光与部分偏振光是偏振光的两个大类，从光的偏振方向及矢量的大小变化规律来看，可将完全偏振光分成线偏振光、椭圆偏振光及圆偏振光[3].收稿日期=2018-12-27基金项目:西藏大学2017年度大学生创新训练项目（2017Q CX014);中国科学院2018年度大学生创新实践训练计划项目（20184001938);国家自然科学基金项目（11747128)•第一作者简介:鲁同所(1987 -),男，河南濮阳人，副教授，博士，硕士生导师，研究方向:暗物质、引力波、天文科普.-共同第一作者简介:黄玉华（1997 -),女,重庆人，本科，研究方向:理论物理.• 33 •绵阳师范学院学报（自然科学版)目前产生偏振光的方法中常见的有如下三种：（1)利用偏振片将自然光转化为偏振光.偏振片是由聚乙烯醇塑胶膜制成，具有梳状长链结构分子[4].由于这些分子在同一方向上平行排列，只有垂直于排列方向的光振动才能通过胶膜，从而产生了线偏振光，如图1所示[5]. (2)利用反射与折射原理产生偏振光，如图2 所示[6].当一束自然光照射一块光学玻璃时，会产生两束光线——反射光线与折射光线，反射光线和折射光线为部分偏振光.对于一般的光学玻璃来说只有很少的光会被反射，大部分的光线都会透过玻璃，如果我们用很多块相互平行的光学玻璃片层叠起来组成光学玻璃片堆，这样当一束自然光照射这个玻璃片堆时，我们将只占入射光线光强7. 5%的反射光线忽略掉，此时，折射光线就是线偏振光.其中有一种特殊情形，即当入射角为布儒斯特角时，反射光就会变成线偏振光，其振动方向相对于入射面垂直;折射光仍然是部分偏振光，且折射光线和反射光线的夹角为90°. (3)利用晶体双折射产生偏振光[7].将光束透过可产生双折射现象的晶体，会产生两条折射光线，我们将其分别命名为寻常光（符合折射定律）和非寻常光（不符合折射定律).寻常光和非寻常光都是线偏振光[8].2基于Matlab 偏振光的仿真模拟2.1 Matlab 仿真模拟的优势目前，为物理光学仿真实验热潮而新生的一些软件大多基于FlaS h 、Ph 〇t 〇S h 〇P 、3DStudi 〇、MAX 之类的图形图像制作软件，这类软件可构造逼真的实验环境、制作关于实验过程生动形象的动画，还可发挥出实际实验无法达到的效果，但由于其本身的功能是制作卡通动画，对物理光学实验规律和过程涉及很少，在交互使用方面很难落实，开发也很困难.Matlab 是MathWorks 公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件[9].它是一种以矩阵运算为根本的交互式程序语言，其应用领域涵盖了现今几近全部的工业应用与科学研究范畴;其丰富的库函数和各种专用工具箱，将用户从繁琐的底层编程中解放出来[1°]. Matlab 建模方法简单、参数调整方便、结果具有可视性、分析手段多样，特别是应用在物理光学仿真实验中具有不可比拟的优势.这种利用软件进行的仿真实验与实验室实际动手操作的实验比较起来更加省时省力，在获得较理想的实验结果的同时，大大提高了理论的可视性，还能起到辅助教学的作用，并有利于学生加深对理论的理解. 因此，基于Matlab 的种种优势，其越来越受到用户的青睐.2. 2 Matlab 模拟的基本理论方法与理论基础使用Matlab 模拟偏振光，首先对光产生过程进行数学抽象，建立适合程序实现的数学模型，然后利用 Matlab 写出与数学语言相对应的程序并编制成m 文件，最后通过调整有关参数，便可模拟出不同情景下的偏振光[11].由于光是一种矢量，必然可以进行合成与分解，我们以光矢量的合成过程为例简单介绍Matlab 模拟偏振光的基本方法，分解只需把这一过程逆推即可.图1偏振片改变偏振光Fig . 1 Polarizing film changes polarized light 图2利用反射、折射原理产生偏振光的光路图 Fig . 2 Optical path of polarized light generatedby the principle of reflection and refraction•34 •鲁同所，等:基于M a tla L的偏振光的仿真模拟及其应用偏振光的一般形式为椭圆偏振光，它可以看成是互相垂直的线偏振光的合成，它的两个分量的表达式可以写成：E x=Axco^(〇t(1)=Aycos(cot + <p)(2)电矢量表达式为：E = E x x+E y y = Axc,o%〇)tx+Aycos(cot -\-<p)y(3)该椭圆偏振光的长短轴矢量与振幅4、'以及相位差P都存在关系.本文所示的所有模拟图像中光的波长都取X=632n m，光振动的初振幅都取1，光振动的初相位外=0.通过使用Matlab相应的编程和模拟图像生成功能，从而得到模拟图像.以椭圆偏振光为例，其m文件部分代码如下:> > clc ； clear ；c=3*腦；lambda =632 * 10八（-9);%复位，清屏%光速%波长phi= 0;T= lambda/ c;%周期w=2*pi/T;%圆频率k= 2 * pi/lambda；长度上出现的全波数目ExOl =1；EyOl =1；t=0：T/360 ：T；z= 0 ：lambda/36 ： 4 * lambda；ny = 1;nt= length(t);nz= length(z);phixO= 0 ；phiyO= pi/4 ；for i= 1；ntfor j= 1：nzEx0( i，j) = ExOl * cos( w*t(i)-n x*k*z(j)+ phixO);Ey0( i，j) = EyOl * cos( w*t(i)-n y*k*z(j)+ phiyO);endend；m = moviein( nt - 1);yO= zeros(nz) ;%矩阵xO= zeros(nz) ；%矩阵for i = 1： ntfigure (1) ;%窗口m( i»： ) = getframe ；axis([ -1 1-11-1 1])；%设置坐标轴plot3(ExO(i，：）,z,E y O(i，；），’r’，ExO(i,:)，z，yO, ’b’，xO，z,E yO(i，：），’k’）；plot3(ExO(i, ：) ,z,E yO(i, ：))；%三维曲线图.35 .绵阳师范学院学报（自然科学版)grid on ；view (0,0)；endmovie ( m )；%打开网格 % 设置视点，view (45，45);%动态演示播放后文各偏振光的模拟图都基于此清单代码，只需调整相关参数即可，每一参数的调整在各图叙述部分均有说明.2.3图像的模拟基于上文关于偏振光的信息，在模拟过程中调整振幅4、'以及相位差P 可以获得线偏振光（图3)、椭圆偏振光（图4)和圆偏振光（图5).2.3.1合成线偏振光当振幅4 =〇、'=〇或者初相位时，我们可以得到线偏振光的仿真图像.图3不同视角下的线偏振光模拟图Fig. 3 Simulation of line polarized light with different angles of view2.3.2合成椭圆偏振光椭圆偏振光（图4a )有左旋与右旋两种状态，改变其初相位p 的值就可以得到不同旋转方向的椭圆偏振光.当初相位P 的值>〇时，我们得到的图像为右旋椭圆偏振光（图4b );当初相位^ 的值<〇时，我们得到的图像为左旋椭圆偏振光（图4c ).(a )椭圆偏振光平面图(a ) Planar graph o f elliptical polarized light (b )右旋椭圆偏振光（c )左旋椭圆偏振光(b ) Right-handed e lliptically polarized light (c ) Left-handed e lliptically polarized light图4椭圆偏振光的模拟图Fig. 4 Analog diagram of elliptical polarized light2.3.3合成圆偏振光圆偏振光（图5a )也有左旋与右旋之分，当振幅4='且初相位p 的值取时，我们得到的图像为圆偏振光;其中当初相位P 的值=+f 时，其模拟图像为右旋圆偏振光（图5b );当初相位9•36 •鲁同所，等:基于M a t l a b 的偏振光的仿真模拟及其应用值=时，我们得到的模拟图像为左旋圆偏振光（图5c )(a )圆偏振光平面图(a ) Planar graph o f circularly polarized light (b ) Right-handed circularly polarized light (c )左旋圆偏振光(c ) Left-handed circularly polarized light图5圆偏振光的模拟图Fig. 5 Analog diagram of circular polarized light3基于Matlab 模拟在偏振光教学方面的应用分析偏振光作为大学物理光学内容的重要组成部分，偏振光的合成过程一直是学习的难点，在传统的理论教学上，学生们时常会感觉枯燥、乏味，很难充分、准确的想象出偏振光的合成过程.如何让学生在学习过程中能充分理解理论知识的同时，又能在有限的实验条件下掌握实验操作技能，有效解决偏振光教学多数状态处于纸上谈兵的难题成为当务之急.而Matlab 这种可视化的模拟程序，具有编程简单、操作容易、处理数据迅速等优点，能使微观现象宏观化，使想看而看不到的物理画面具体的呈现在眼前，这不仅激发了学生学习兴趣，又节省了课堂时间，提高了课堂教学效率，将Matlab 模拟引入偏振光课程教学，把仪器全貌、偏振光的合成过程以及各种偏振态转变为动态的立体的时空图像，方便各角度、各视域的观察研究，会帮助学生更深入地理解理论知识，通过改变初始条件和相关的仪器参数，来模拟不同结果，再与理论计算结果进行对比，加深印象，巩固所学，减少实验室实际反复操作造成的巨大工作量.总之，利用Matlab 辅助偏振光的教学，会起到直观、形象、重复再现、时空都可调节的作用[12]，打破了传统物理实验受时间、空间以及仪器本身因素等客观条件的限制，让偏振光教学不再局限于理论教学.基于 Matlab 偏振光在教学上的应用，不仅使理论学习与实验操作实现了共赢，还丰富了课堂信息量，激发学生学习热情，让学生在信息时代的二十一世纪成为不再只是纸上学习的单行者，而是集理论、实际操作、信息技术于一体的综合型人才.4结论本文基于Matlab 对偏振光模拟过程的基本思路和方法，通过改变条件和参数，获得各种偏振状态的三维曲线，有助于学生建立动态的时空图象，使学生能够直观的理解相关知识，摆脱了传统的理论学习模式的束缚.随着时代进步，科技发展以及生活的需求，偏振光作为光学研究领域的重要研究对象，其学习研究、应用领域会越来越广泛，且研究意义与应用价值会越来越受到重视.但偏振态的抽象性为偏振光的学习带来一定困难，因此，寻找一种简洁、形象的学习研究模式显得尤为重要.Matlab 的强大的仿真模拟功能恰好可以对其进行补充，同时也为实验教学提供了一种新思路，不过，需要注意的是:任何新事物的出现都有两面性，模拟软件的简单便捷极易造成人们对其产生依赖性，而逐渐丧失实际动手操作能力.对此，我们在教学使用过程中要把握好适时而用、科学合理、辅助教学的原则，在传授知识的过程中，要深入领会“授之以鱼，不如授之以渔”的道理，使得偏振光理论知识学习、模拟软件、实际动手有效结合，才能在光学教学、学习、研 • 37 •绵阳师范学院学报（自然科学版)究的道路上发挥积极作用•参考文献：[1]吴闻迪.基于单轴晶体负折射现象的新型偏光器件的研制[D].曲阜:曲阜师范大学,2009.[2]赵长霞.基于偏振信息的图像去雾算法研究[D].长春:长春理工大学,2016.[3]杨键.基于法拉第效应的全光纤电流互感器研究[D].桂林:桂林电子科技大学，2012.[4]黄黎红.镜面透射比、反射比和吸收比的测试[D].南京:南京理工大学,2007.[5]邵长艳.视频监控图像去雾方法研究[D].大连:大连海事大学,2012.[6]张华山.溶胶-凝胶法制备功能材料的研究[D].长春:长春理工大学，1999.[7]黄金堂.基于激光干涉技术的微纳结构制造研究[D].合肥:中国科学技术大学，2011.[8]赵静，孙静•液晶盒透射率的计算[J] •科协论坛(下半月）,2011(4) :94 - 95.[9]宋一鸣.基于声发射的煤与瓦斯突出预测研究[D].阜新:辽宁工程技术大学,2012.[10]王海军，张敏锐，李凌云，等.网络虚拟实验系统实现技术的比较与分析[J].南京晓庄学院学报,2006(4) :101 -103.[11]刘静，门克内木乐，包雷，等.基于MATLAB软件对不同偏振光在不同介质中的传播过程的动态模拟[J].大学物理实验,2011,24(6) ：61 -66.[12]谭毅，何军锋,姚军财•计算机在物理实验教学中的应用[J].中国科技信息，2008(21):241 -241. Simulation and Application of Polarized Light Based on MatlabLU Tongsuo12, HUANG Yuhua1 * ,TIAN Geng1 ,HU Jing1(1. Department of Physics, Tibet University, Lasa 850000 ；2. Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Science, Shanghai 201800)Abstract ： As the polarization of light is the most direct and powerful evidence of the transverse wave of light, it has been widely used in daily life and in the field of scientific research, and has become a research hotspot at home and abroad in recent years. This papersimulates the polarization state of polarized light by Matlab software. The three - dimensional curves of various polarization states are obtained by changing the conditions and parame-ters. This will help students to establish a dynamic temporal - spatial dynamic pattern and will provide a visual way for its physical process analysis. It will also play an important role to help students to master and understand the knowledge of polarized light better in the class, as well as analyzing and data processing are more easily in the experiment.Keywords：polarized light, Madab, simulation, visualization(责任编辑:陈桂芳）.38 .。

基于光子晶体的matlab仿真

A B d
将光波在介质层中的行进看作是正向行进电磁波（下行波）和反向行进电磁波（上行波）的叠加. 介质交界面处的电磁场满足边界条件. 每一介质层与光波的相互作用可由其矩阵完全决定. 介质层两边的场矢量 E Ⅰ ， H Ⅰ ， E H Ⅱ的模可用特征矩阵联系起来：
E E H M H
0.398
0.1
0.396 3.2
0.0995 3.2
3.25
3.3
3.35 3.4 介质 d的厚度
3.45
3.5
3.55 x 10
-7
图 20 一维光子晶体群速度随介质 d的厚度的变化曲线
图21 一维光子晶体带宽随介质 d的厚度的变化曲线
由图20、图21可得出，随着介质d的厚度的增加，群速度和带宽都减小。由此可以得到与a厚度变化相同的规律：宽的带宽和小的群速度是相互矛盾的，所以，要选择合适的d的厚度，从而兼顾带宽和群速度的要求。
光子晶体的光学特性
• • • • 答辩人：导师：专业：方向：
目录
• • • • • 1、立题依据 2、技术路线 3、研究内容及结果 4、结论 5、致谢
1、立题依据
光子晶体能带对光子运动具有强烈的分散性、异向性，因此光子在光子晶体中的传播具有广角性、波长响应、脉冲响应及非线性响应。光子晶体的理论计算已相对成熟，本文旨在应用现有的计算方法，建立一维光子晶体模型并讨论一维光子晶体在不同结构参数和参数下的光学传输特性。本论文从一维光子晶体的结构特点出发，着重研究了有限周期一维光子晶体的基本光学特性。
27528285292953053110704060406504070407504080408504090409504104105介质b的厚度介质b的厚度与群速度的关系图17一维光子晶体群速度随介质b的厚度的变化曲线27528285292953053110704060406504070407504080408504090409504104105介质b的厚度介质b的厚度与群速度的关系图18一维光子晶体群速度随介质b的厚度的变化曲线27528285292953053110700970098009901010101020103介质b的厚度介质b的厚度与带宽的关系图19一维光子晶体带宽随介质b的厚度的变化曲线由图18图19可得出随着介质b的厚度的增加群速度呈对数增长而带宽则近似成线性减小

基于MATLAB的波动光学实验仿真系统的构建

毕业设计（论文）基于MATLAB的波动光学实验仿真系统的构建本科生毕业设计（论文）任务书设计（论文）主要容：在MATLAB环境下，编写程序，实现几个波动光学实验项目的计算机仿真，包括光学拍实验、球面波干涉实验、氏干涉实验、等倾等厚干涉实验、夫琅和费衍射实验、费涅尔衍射实验和光栅衍射实验；编制仿真程序的图形用户界面，实现各个实验项目中相关参数的直接设置及结果显示，实现人机交互；创建独立的仿真应用程序。

要求完成的主要任务:1、查阅不少于15篇的相关资料，其中英文文献不少于3篇，完成开题报告。

2、熟悉MATLAB的相关操作，学习MATLAB语言。

3、编写出仿真程序代码，制作GUI界面。

4、完成不少于5000字的英文文献翻译。

5、完成12000字的毕业设计论文。

必读参考资料：[1]敬辉，达尊，阎吉祥．物理光学教程[M]．：理工大学，2005．[2]王正林，明．精通MATLAB7[M]．：电子工业，2007．[3]平等．MATLAB基础与应用[M]．：航空航天大学，2005．指导教师签名系主任签名院长签名（章）目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 波动光学的历史及研究对象 (1)1.2 光学实验仿真 (3)1.3 MATLAB仿真的特点 (4)1.4 设计思路 (5)2 光的干涉实验仿真 (7)2.1 光波的叠加原理 (7)2.2 光学拍的实验仿真 (9)2.3 球面波干涉实验仿真 (12)2.4 氏干涉的实验仿真 (20)2.5 等倾和等厚干涉实验仿真 (27)2.6 本章小结 (34)3 光的衍射实验仿真 (35)3.1 光的衍射现象及其分类 (35)3.2 夫琅和费衍射及其仿真实现 (37)3.3 菲涅耳衍射及其仿真实现 (43)3.4 光栅衍射及其仿真实现 (49)3.5 本章小结 (51)4 仿真系统图形用户界面设计 (53)4.1 波动光学主界面的仿真 (53)4.2 仿真模拟 (57)4.3 本章小结 (71)5 结束语 (72)参考文献 (74)附录 (75)致 (98)摘要本文利用MATLAB强大的矩阵运算功能和图形绘制功能，在波动光学相关理论的基础上，通过编程实现了几种常见的干涉和衍射现象的仿真，将其结果形象、直观地体现出来，对于波动光学的教学和学习具有很好的帮助作用。

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构

利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构1. 引言1.1 背景介绍随着光子晶体材料的制备技术不断提升，人们对其带隙结构的研究也变得更加深入。

而在计算光子晶体的带隙结构时，平面波展开法成为一种常用且有效的方法。

通过将光波场用一组基础函数（平面波）展开，可以得到光子晶体的频谱信息，进而确定其带隙结构。

在此基础上，借助matlab等数值计算工具，可以方便地模拟和计算一维光子晶体的带隙结构。

本文将介绍利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构的方法及其原理，并对计算结果进行分析和讨论。

通过对一维光子晶体的带隙结构进行深入研究，有助于深化对光子晶体材料性质的理解，为其在光学器件和光子学应用中的设计与优化提供理论依据和技术支持。

1.2 光子晶体的基本概念光子晶体是一种具有周期性结构的材料，它的周期性结构能够产生光子带隙，从而实现光子的禁带传导和光子晶体的光学性质调控。

光子晶体的基本单位通常是由介电常数或折射率不同的材料构成的周期性排列的点阵结构。

通过调控点阵结构的周期、形状和材料的光学参数，可以实现对光子的传输、调制和控制。

光子晶体具有许多独特的物理性质，如光学带隙、负折射率、反射率增强和光子导波等。

这些性质被广泛应用于传感器、激光器、光学通信、光子计算和光伏等领域。

光子晶体的基本概念包括周期性结构、光子带隙、布里渊区等，对于理解光子晶体的性质和设计光子晶体器件至关重要。

在本文中，我们将介绍利用平面波展开法在matlab中计算一维光子晶体的带隙结构的方法和原理，以期为光子晶体的研究和应用提供参考和指导。

通过计算与分析一维光子晶体的带隙结构，可以深入了解光子晶体的光学性质，为设计新型光子晶体器件提供理论基础和指导。

这一部分的内容是对光子晶体的基本特性和重要性进行介绍和阐述，为后续章节的内容提供必要的背景知识。

1.3 研究现状虽然光子晶体的研究已经取得了一定的进展，但仍然存在一些问题和挑战，如光子晶体的制备技术、带隙结构的优化设计等方面仍需进一步深入研究。

基于光子晶体的光动力治疗仪研究

基于光子晶体的光动力治疗仪研究李萍;徐梦丽;梁高峰;樊婷【摘要】Photodynamic therapy instrument is one of the new types of cancer treatment instruments by using photodynamic therapy .In order to solve the color purity problem of photodynamic irradiation treatment , photonic crystal theory was applied and transfer matrix method wasused .The bandgap properties of photonic crystals were analyzed by MATLAB programming to select appropriate photonic crystal materials and to determine its structural parameters .The results show that , newly designed photonic crystal structure has good filtering characteristic , which allows only the pass-through of 980 nm near infrared light , and has therapeutic effect on liver cancer , gastric cancer and other visceral organ cancers .Photonic crystal filters based on such structure can be applied to ordinary photodynamic therapy instruments and play the greater role in cancer treatment .%光动力治疗仪是利用光动力疗法进行癌症治疗的一种新型医疗仪器。