光学现象的Matlab演示

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matlab仿真及其在光学课程中的应用

matlab仿真及其在光学课程中的应用一、引言Matlab是一种用于科学计算和数据分析的软件，它具有强大的数学计算能力和易于编程的特点，在光学课程中有着广泛的应用。

本文将介绍Matlab仿真在光学课程中的应用，并提供详细的实例说明。

二、Matlab基础知识1. Matlab环境介绍Matlab环境包括命令窗口、编辑器窗口、工作区窗口、命令历史窗口和帮助窗口等。

其中，命令窗口是进行交互式计算和演示的主要界面，编辑器窗口可以编写程序代码并保存到磁盘上，工作区窗口显示当前变量值，命令历史窗口记录执行过的命令，帮助窗口提供了详细的Matlab函数库说明。

2. Matlab语法规则Matlab语言采用类似于C语言的语法规则，但也有自己独特的特点。

例如，Matlab中所有变量都是矩阵类型，并且支持矩阵运算；函数名和变量名不区分大小写；注释符号为%。

3. Matlab常用函数库Matlab提供了丰富的函数库来支持各种数学计算和数据处理任务，例如矩阵运算、信号处理、图像处理等。

常用的函数库包括：（1）基本数学函数库：abs、sin、cos、tan、exp等；（2）矩阵运算函数库：inv、det、eig等；（3）信号处理函数库：fft、ifft等；（4）图像处理函数库：imread、imshow等。

三、Matlab在光学课程中的应用1. 光学波动方程仿真光学波动方程是描述光波传播的基本方程，通过Matlab可以进行波动方程的仿真计算。

例如，可以模拟出一个平面波在通过一片介质后的折射和反射情况。

具体步骤如下：（1）定义平面波初始状态和介质折射率；（2）利用波动方程求解得到平面波在介质中传播后的场分布；（3）绘制出平面波在介质中传播后的场分布图。

2. 光线追迹仿真光线追迹是描述光线传播和成像的基本方法之一，在Matlab中可以进行光线追迹的仿真计算。

例如，可以模拟出一个凸透镜成像过程。

具体步骤如下：（1）定义凸透镜的曲率半径和折射率；（2）定义物体点的位置和大小；（3）利用光线追迹方法求解得到物体点成像后的位置和大小；（4）绘制出凸透镜成像后的图像。

用Matlab描述物理中的光学现象

关键词光照干涉衍射
ＭＡＬＢＴＡ软件具有强大的运算和作图功能，是科技人员从事科学研究和工程计算的重要工具，由Ｍａａ主包、Ｓｍｌｋ件以及各ｔｂｌｉｕｎ￣ｉ类功能各异的工具箱组成，是一种进行科学和工程计算的交互式程序语言。Ｍａａ语言可以实现工程计算、算法研究、符号运算，本文通ｔｂｌ过实例说明如何利用ＭＡＬＢＴＡ描述物理中的光学现象问题 ” 。在普通物理教学中，大学生常常接触较多的数学公式，由于他们的知识不完整，对其物理意义理解不深，人们通常借助计算机辅助教学。因此在普通物理教学中引入软件ＭＡＬＢ，ＴＡ进行计算机辅助教学，运用ＭＡＬＢＴＡ的可视化技术，绘出随时间和空间变化的物理量或物理现象的图形和图象，帮助大学生理解物理光学意义。特别是Ｍａａ的Ｓｕｎ库平台能够实现动态仿真实验，但可以寓理论教ｔｂｉｌｋｌｍｉ不学、实验演示于一体，同时它也适合学生的自主探究，有助于提高学
出代码如下：
【Ｙ・］ｐａｓ３）ｘ，Ｚ－ｅｋ（２；
ｓｒ（Ｙ，）ｕｆＸ，Ｚｌ
ｃｌ￣ｃｐｅ）ｏｍｏｏｐｒ
ｓｄｎｈａｉ
』 ’ 爨０。霜
Ｐ－ｓｃ．ｓ（’）ｓ（）＾：ｆｔ（ｎ（＊ｉ４ｄ．ｉｄ）２ｉｂ）ｎ／ｎ．
％当要求Ｐ的曲线分布图时Ｐ（ｎＣ）ｓ（＊）（）４值可调＝ｓｃｏ＊ｉ４ｄ．ｄ．悬Ｎｉ．ｎ胁）Ｉ
ｐｏ（，）ｌｔＰ：ｄ
ｓＹ５Ｄｍｒ】 ≯ ｕｍ３… ｇ＼ｒ０．ｉ、ｆｌ’ ．ａｔ ‘ ，ｆｅ１４ｓｎ一（ｒ，ｄｐ。Ｘ【ｌｅ爱７．Ｏｇ．５．， ’ ｈ，．ｚｔ６【ｐ５

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。

《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，实际的光学实验通常涉及到复杂的光路设计和精密的仪器设备，实验成本高、周期长。

因此，通过基于Matlab的光学实验仿真来模拟光学实验，不仅能够为研究提供更方便的实验条件，而且还可以帮助科研人员更深入地理解和掌握光学原理。

本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的实现方法和应用实例。

二、Matlab在光学实验仿真中的应用Matlab作为一种强大的数学计算软件，在光学实验仿真中具有广泛的应用。

其强大的矩阵运算能力、图像处理能力和数值模拟能力为光学仿真提供了坚实的数学基础。

1. 矩阵运算与光线传播Matlab的矩阵运算功能可用于模拟光线传播过程。

例如，光线在空间中的传播可以通过矩阵的变换实现，包括偏振、折射、反射等过程。

通过构建相应的矩阵模型，可以实现对光线传播过程的精确模拟。

2. 图像处理与光场分布Matlab的图像处理功能可用于模拟光场分布和光束传播。

例如，通过傅里叶变换和波前重建等方法，可以模拟出光束在空间中的传播过程和光场分布情况，从而为光学设计提供参考。

3. 数值模拟与实验设计Matlab的数值模拟功能可用于设计光学实验方案和优化实验参数。

通过构建光学系统的数学模型，可以模拟出实验过程中的各种现象和结果，从而为实验设计提供依据。

此外，Matlab还可以用于分析实验数据和优化实验参数，提高实验的准确性和效率。

三、基于Matlab的光学实验仿真实现方法基于Matlab的光学实验仿真实现方法主要包括以下几个步骤：1. 建立光学系统的数学模型根据实际的光学系统，建立相应的数学模型。

这包括光路设计、光学元件的参数、光束的传播等。

2. 编写仿真程序根据建立的数学模型，编写Matlab仿真程序。

这包括矩阵运算、图像处理和数值模拟等步骤。

在编写程序时，需要注意程序的精度和效率，确保仿真的准确性。

3. 运行仿真程序并分析结果运行仿真程序后，可以得到光束传播的模拟结果和光场分布等信息。

Matlab数字衍射光学实验(一)

phi = 0:pi/10:2*pi; % x的范围从0到2πz = exp(i * phi);u = real(z);%取实部v = image(z);%取虚部figure(1);%画图plot(phi,u);%画实部的变化曲线figure(2);plot(phi,v)%画虚部的变化曲线clear;%清除内存close all;%关闭所有窗口x=linspace(0,2*pi,100);%设置横坐标范围及网格y1=sqrt(x);%开根号figure(1);plot(x,y1,'r')%做出y1的曲线,'r'代表图线为红色clear;%清除内存close all;%关闭所有窗口x=linspace(-2*pi,2*pi,100);%100个数横坐标从-2pi到2pi y1=besselj(1,x);%第一类贝塞尔函数,一阶y2=besselj(0,x);%第一类贝塞尔函数,0阶figure(1);plot(x,y1,'r');figure(2);plot(x,y2,'b');clear;close all;[x,y]=meshgrid(-2:.05:2,-2:.05:2);%设置二维网格z=sinc(x).*sinc(y);figure(1);imshow(z);%二维灰度图figure(2);imagesc(z);%二维彩图figure(3);mesh(z);%三维图像clear;close all;a=5;x=linspace(-5,5,100);y1=exp(-pi.*(x/a).^2);%第一类贝塞尔函数,一阶b=2;y2=exp(-pi.*(x/b).^2);%第一类贝塞尔函数,一阶figure(1);plot(x,y1,'r');figure(2);plot(x,y2,'b');clear;close all;a=1;b=1;[x,y]=meshgrid(-2:.05:2,-2:.05:2);%设置二维网格z=exp(-pi.*((x/a).^2+(y/b).^2));%高斯函数figure(1);imagesc(z);figure(2);mesh(z);clear;close all;M=100;%x方向抽样点数N=100;%y方向抽样点数w=10;%缝的宽度d=10;%缝偏离中心的位置obj1=zeros(M,N);%赋值为0的一个二维矩阵,大小为M*N obj1(:,(N/2-w/2):N/2+w/2)=1.0;%设置缝在y向中心,且缝的宽度为wfigure(1);imshow(obj1);obj2=zeros(M,N);obj2(:,(N/2-d)-w/2:(N/2-d)+w/2)=1.0;%缝偏离中心位置d个像素figure(2);imshow(obj2);clear;close all;M=100;%x方向抽样点数N=100;%y方向抽样点数w=10;%缝的宽度d=10;%缝偏离中心的位置obj1=zeros(M,N);%赋值为0的一个二维矩阵,大小为M*N obj1(:,(N/2+d)-w/2:(N/2+d)+w/2)=1.0;%设置缝在y向中心,且缝的宽度为wobj2=zeros(M,N);obj2(:,(N/2-d)-w/2:(N/2-d)+w/2)=1.0;%缝偏离中心位置d个像素obj3=obj1+obj2;figure(1);imshow(obj3);clear;close all;M=100;N=100;w=10;%缝宽obj=zeros(M,N);obj((M/2-w/2):(M/2+w/2),(N/2-w/2):(N/2+w/2))=1.0;%缝处于中心位置figure(1);imshow(obj);figure(2);imagesc(obj);figure(3);mesh(obj);。

西安邮电大学光学实验matlab仿真结果分析与程序

光学实验实验报告课程名称：光学实验*名：***学院：电子工程学院系部：光电子技术系专业：电子科学与技术年级：科技1201学号：********指导教师：**2014年12 月24 日光波在介质中界面上的反射及透射特性一．实验目的：1．掌握反射系数及透射系数的概念；2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律； 3．掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。

二．实验原理：1 反射定律和折射定律光由一种介质入射到另一种介质时，在界面上将产生反射和折射。

现假设二介质为均匀、透明、各向同性介质，分界面为无穷大的平面，入射、反射和折射光均为平面光波，其电场表示式为)(0r k t i l l l l e E E ⋅--=ω l =i, r, t式中，脚标i 、r 、t 分别代表入射光、反射光和折射光；r 是界面上任意点的矢径，在图2-1所示的坐标情况下，有r=ix+jy图2-1 平面光波在界面上的反射和折射图2-2 k i 、k r 、k t 三波矢关系根据电磁场的边界条件，可以得到如下关系)(0)(t i r i tr i =⋅-=⋅-==r k k r k k ωωω 这些关系表明：①入射光、反射光和折射光具有相同的频率；②入射光、反射光和折射光均在入射面内，k i 、k r 和k t 波矢关系如图2-2所示。

进一步可得tt i i r r i i sin sin sin sin θθθθk k k k == 或tt i i r r i i sin sin sin sin θθθθn n n n ==即介质界面上的反射定律和折射定律，它们给出了反射光、折射光的方向。

折射定律又称为斯涅耳(Snell)定律。

2 菲涅耳公式 s 分量和p 分量通常把垂直于入射面振动的分量称做s 分量，把平行于入射面振动的分量称做p 分量。

为讨论方便起见，规定s 分量和p 分量的正方向如图2-3所示。

图2-3 s 分量和p 分量的正方向反射系数和透射系数假设介质中的电场矢量为)(i 0e r k t l l l E E ⋅--=ω l =i, r, t其s 分量和p 分量表示式为)(i 0e r k t lm lm l E E ⋅--=ω m =s,p则定义s 分量、p 分量的反射系数、透射系数分别为tmtm m im rmm E E t E E r 0000==菲涅耳公式假设界面上的入射光、反射光和折射光同相位，根据电磁场的边界条件及s 分量、p 分量的正方向规定，可得ts rs s E E E i =+和2tp 1rp 1ip cos cos cos θθθH H H =-利用E H εμ=，上式变为22ts 11rs is cos cos )(θθn E n E E =-再利用折射定律，消去E ts ，经整理可得)sin()sin(1212is rs θθθθ+-=E E 根据反射系数定义，得到)sin()sin(2121θθθθ+--=s r221111cos cos cos 2θθθn n n t s +=将所得到的表示式写成一个方程组，就是著名的菲涅耳公式：212122112*********tan tan tan tan cos cos cos cos )sin()sin(θθθθθθθθθθθθ+--=+-=+--==n n n n E E r is rs s 2121211221122121002sin 2sin 2sin 2sin cos cos cos cos )tan()tan(θθθθθθθθθθθθ+-=+-=+-==n n n n E E r iprp p 21121121112100221111212100cos cos cos 2)cos()sin(sin cos 2cos cos cos 2)sin(sin cos 2θθθθθθθθθθθθθθθθn n n E E t n n n E E t iptp p is ts s +=-+==+=+==这些系数首先是由菲涅耳用弹性波理论得到的，所以又叫做菲涅耳系数。

《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。

MATLAB仿真及其在光学课程中的应用课件第四章 MATLAB在信息光学中的应用举例

第四章 MATLAB在信息光学中的应用举例
4.1 信息光学函数
• 4.1.1 矩形函数 • 1.一维矩形函数 • 一般形式矩形函数的表达式：
h
hrect
(
x
a
x0
)
h
/
2
0
| x x0 | 1/ 2 a
| x x0 | 1/ 2 a
| x x0 | 1/ 2 a
在MATLAB中，一维矩形函数可用函数rectpuls( )来实现。
• 【例4-1-3】用MATLAB画出标准阶跃函数。
• ◆ MATLAB程序如下：
1.2
• x=-3:0.01:3;
1
0.8
• y=heaviside(x); 0.6
step(x)
• plot(x,y,'k','LineWidth',2)
0.4
• axis([-3 3 -0.2 1.2])
0.2
• xlabel('x'); • ylabel('step(x)‘)
（a）三角孔原始图像（b）傅里叶变换后的图像（c）空间频谱图4-8 三角孔衍射的光强分布和振幅谱
（a）矩形孔原始图像（b）傅里叶变换后的图像（c）空间频谱图4-9 矩形孔衍射的光强分布和振幅谱
4.3 卷积定理
• 【例4-3-1】卷积定理的仿真。
• ◆MATLAB见M文件
• ◆仿真结果见书图4-11
0
0
-1
-0.5
0
0.5
1
0
1
2
3
x
x
（a）单位矩形函数（b）一般形式矩形函数
图4-1 一维矩形函数

MATLAB编程用两种方法模拟光学实验

MATLAB编程用两种方法模拟光学实验03级物理一班李超PB03203017摘要：利用MATLAB软件编程实现了用衍射积分的方法对单缝衍射、杨氏双缝干涉、黑白光栅衍射的计算机模拟；以及用傅立叶变换方法对简单孔径衍射、黑白光栅及正弦光栅夫琅和费衍射的模拟。

关键词：MATLAB；衍射积分；傅立叶变换；计算机模拟引言：美国Mathworks公司推出的MA TLAB，是一种集数值计算、符号预算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体的优秀图形化软件。

本文介绍了通过MA TLAB软件编程实现用衍射积分和傅立叶变换实现夫琅和费衍射计算机模拟的方法。

计算机模拟为衍射实验的验证提供一条简捷、直观的途径。

从而加深了对物理原理、概念和图像的理解。

正文：大学教学课程中引入计算机模拟技术正日益受到重视，与Basic、C和Fortran相比，用MA TLAB软件做光学试验的模拟，只需要用数学方式表达和描述，省去了大量繁琐的编程过程。

下面来介绍利用MATLAB进行光学模拟的两种方法。

（一）衍射积分方法：该方法首先是由衍射积分算出接收屏上的光强分布，然后根据该分布调制色彩作图，从而得到衍射图案。

1．单缝衍射。

把单缝看作是np个分立的相干光源，屏幕上任意一点复振幅为np个光源照射结果的合成，对每个光源，光程差Δ=ypsinΦ,sinΦ=ys/D,光强I=I0(Σcosα)2+(Σsinα)2，其中α=2Δ/λ=πypys/λD编写程序如下，得到图1lam=500e-9;a=1e-3;D=1;ym=3*lam*D/a;ny=51;ys=linspace(-ym,ym,ny);np=51;yp=linspace(0,a,np);for i=1:nysinphi=ys(i)/D;alpha=2*pi*yp*sinphi/lam;图1 单缝衍射的光强分布 sumcos=sum(cos(alpha));sumsin=sum(sin(alpha));B(i,:)=(sumcos^2+sumsin^2)/np^2;endN=255;Br=(B/max(B))*N;subplot(1,2,1) image(ym,ys,Br); colormap(gray(N)); subplot(1,2,2) plot(B,ys); 2．杨氏双缝干涉两相干光源到接收屏上P 点距离r 1=(D 2+(y-a/2)2)1/2, r 2=(D 2+(y+a/2)2)1/2,相位差Φ=2π（r 2-r 1）/λ,光强I=4I 0cos 2（Φ/2）编写程序如下，得到图2 clear lam=500e-9 a=2e-3;D=1;ym=5*lam*D/a;xs=ym;n=101;ys=linspace(-ym,ym,n); for i=1:nr1=sqrt((ys(i)-a/2).^2+D^2); r2=sqrt((ys(i)+a/2).^2+D^2); phi=2*pi*(r2-r1)./lam;B(i,:)=sum(4*cos(phi/2).^2); end N=255;Br=(B/4.0)*Nsubplot(1,2,1) image(xs,ys,Br); colormap(gray(N)); subplot(1,2,2) plot(B,ys) 3．光栅衍射公式：I=I 0（sin α/α）2（sin(λβ)/sin β）2α=(πa/λ)sin Φ β=(πd/λ)sin Φ编写程序如下：得到图3clearlam=500e-9;N=2; a=2e-4;D=5;d=5*a; ym=2*lam*D/a;xs=ym; n=1001;ys=linspace(-ym,ym,n); for i=1:nsinphi=ys(i)/D;alpha=pi*a*sinphi/lam; beta=pi*d*sinphi/lam;B(i,:)=(sin(alpha)./alpha).^2.*(sin(N*beta)./sin(beta)).^2;B1=B/max(B);图2 杨氏双缝干涉的光强分布图3 黑白光栅衍射光强分布end NC=255;Br=(B/max(B))*NC; subplot(1,2,1) image(xs,ys,Br); colormap(gray(NC)); subplot(1,2,2) plot(B1,ys);（二）傅立叶变换方法：在傅立叶变换光学中我们知道夫琅和费衍射场的强度分布就等于屏函数的功率谱。

《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。

Matlab数字衍射光学实验(二).

clear;close all;lamda=0.6328;%入射光波长,单位umz=200.0e3;%传播距离,单位umh=2e3;w=2e3;%模拟光波的大小,单位umdx=10.0;dy=10.0;%抽样间隔,单位umM=h/dx;N=w/dy;%抽样点数a0=1;%初始振幅大小为1x0=0;y0=0;%模拟光源位于坐标原点k=2*pi/lamda;%波数%---------球面波表示-------%[x,y]=meshgrid(-M/2*dx:(M-1)/2*dx,-N/2*dy:(N-1)/2*dy);%M个点,两点之间的距离为dxSphFunct=a0/z.*exp(i*k*z).*exp(i*pi/(lamda*z).*((x-x0).^2+(y-y 0).^2));%球面波I=abs(SphFunct).^2;%光强度I1=I./max(max(I));%归一化强度,二维所以求两次max()Ph=angle(SphFunct);%相位,函数angle()表示取相位figure(1);imagesc(I1);%做出球面波的强度分布图，没有强度变化，均匀光斑,这里做了彩图figure(2);P=(Ph+pi)/(2*pi);%归一化相位imshow(P);%画出球面波的相位分布图figure(3);imagesc(P);%画出球面波相位分布的彩图clear;close all;lamda=0.6328;%入射光波长umh=2e3;w=2e3;%模拟光波的大小um dx=10.0;dy=10.0;%抽样间隔umM=h/dx;N=w/dy;%抽样点数A=1;%振幅为1k=2*pi/lamda;%波数theta=pi/6;%设定theta为30度a=pi/2-theta;%波矢与x轴夹角b=pi/2;%波矢与y轴夹角c=theta;%波矢与z轴夹角z=0;%-----------平面波----------%[x,y]=meshgrid(-M/2*dx:(M-1)/2*dx,-N/2*dy:(N-1)/2*dy);%抽样网格pingmianbo=A.*exp(i*k.*(x.*cos(a)+y.*cos(b)+z.*cos(c)));%平面波公式I=abs(pingmianbo).^2;%光强度I1=I./max(max(I));%归一化强度Ph=angle(pingmianbo);%相位figure(1);imshow(I1)%做出强度分布图,没有强度变化，均匀光斑figure(2);imagesc(I1);%画出强度分布彩图figure(3);P=(Ph+pi)/(2*pi);%归一化相位imshow(P);%画出相位分布图像figure(4);imagesc(P);%做出相位分布彩图clear;close all;lamda=0.6328;%入射光波长umz=100.0e3;%传播距离umh=2e3;w=2e3;%模拟光波的大小umdx=10.0;dy=10.0;%抽样间隔umM=h/dx;N=w/dy;%抽样点数a0=1;%设定振幅x1=-0.2e3;y1=0;%相当于将上图逆时针旋转90度后的S1,距原点0.2mmx2=0.2e3;y2=0;%相当于将上图逆时针旋转90度后的S2,距原点0.2mmk=2*pi/lamda;%波数%---------球面波---------%[x,y]=meshgrid(-M/2*dx:(M-1)/2*dx,-N/2*dy:(N-1)/2*dy);%抽样网格wave1=a0/z.*exp(i*k*z).*exp(i*pi/(lamda*z).*((x-x1).^2+(y-y1). ^2));%第一束球面波wave2=a0/z.*exp(i*k*z).*exp(i*pi/(lamda*z).*((x-x2).^2+(y-y2). ^2));%第二束球面波wave=wave1+wave2;%两束球面波相遇,即为两者复振幅之和I=abs(wave).^2;%光强度I1=I./max(max(I));%归一化强度Ph=angle(wave);%相位函数angle()表示取相位figure(1);imshow(I1);%画出球面波的强度分布图,没有强度变化,均匀光斑figure(2);P=(Ph+pi)/(2*pi);%归一化相位imshow(P);%画出球面波的相位分布图figure(3);imagesc(P);%画出球面波的相位分布彩图clear;close all;lamda=0.6328;%入射光波长umh=2e3;w=2e3;%模拟光波的大小umdx=10.0;dy=10.0;%抽样间隔umM=h/dx;N=w/dy;%抽样点数A=1;%设定振幅为1k=2*pi/lamda;%波数theta1=-0.25*pi/180;%第一束平面波与z轴夹角theta2=0.25*pi/180;%第二束平面波与z轴夹角a1=pi/2-theta1;%波矢与x轴夹角b1=pi/2;%波矢与y轴夹角c1=theta1;%波矢与z轴夹角a2=pi/2-theta2;%波矢与x轴夹角b2=pi/2;%波矢与y轴夹角c2=theta2;%波矢与z轴夹角z=0e3;%----------平面波表示----------%[x,y]=meshgrid(-M/2*dx:(M-1)/2*dx,-N/2*dy:(N-1)/2*dy);%二维抽样网格wave1=A.*exp(i*k.*(x.*cos(a1)+y.*cos(b1)+z.*cos(c1)));%第一束平面波wave2=A.*exp(i*k.*(x.*cos(a2)+y.*cos(b2)+z.*cos(c2)));%第二束平面波wave=wave1+wave2;%两束光相遇I=abs(wave).^2;%光强度I1=I./max(max(I));%归一化强度Ph=angle(wave);%相位figure(1);imshow(I1);%画出强度分布图figure(2);imagesc(I1);%画出强度分布彩图figure(3);P=(Ph+pi)/(2*pi);%归一化强度imshow(P);%做出相位分布图figure(4);imagesc(P);%做出相位分布彩图。

matlab光学仿真实验 13171019

光学仿真实验一．前言此次光学仿真实验，是基于matlab来进行的。

在这仿真的一系列过程中，对于光学现象出现的条件，以及干涉、衍射是光波叠加的本质都有了更深的认识。

还从中学习了matlab这一利器的知识，这两三个星期的学习是极其值得的。

二．正文1.杨氏双孔干涉学习的开端是从双孔干涉开始，在极其理想的情况下进行仿真，即忽略了孔的大小等影响因素，直接认为是俩球面波进行叠加干涉。

代码如下：clear;l=521*10.^(-9); %波长d=0.05; %俩孔的距离D=1; %孔到光屏的距离A1=1; %复振幅强度A2=1;x=linspace(-0.0001,0.0001,1000);y=linspace(-0.0001,0.0001,1000);[x,y]=meshgrid(x,y);r1=sqrt((x-d/2).^2+y.^2+D^2);r2=sqrt((x+d/2).^2+y.^2+D^2);E1=A1./r1.*exp(1i*r1*2*pi/l);E2=A2./r2.*exp(1i*r2*2*pi/l);E=E1+E2;I= abs(E).^2;pcolor(x,y,I);shading flat;colormap (gray);认为球面波位置在（d/2,0）和（-d/2,0）处，对于在光屏上任意（x,y）点计算距离，计算出每个球面波到其的复振幅，叠加求光强I。

所得图像：这是光屏很小的情况下正中心出条纹，近似于平行线。

现在来看一下大光屏下的条纹，即x，y最大都是0.1，黑白、彩色是这样的：复杂许多，与下文双缝对比明显！立体大屏下的图像为：现在讨论改变条件引起小屏条纹的变化趋势：ⅰ.波长变小为100nm，条纹变细，符合随波长增大，干涉条纹变粗，波长变小，干涉条纹变细的规律。

dⅱ.俩孔间距变大为0.1m，干涉条纹变细，符合孔间距与条纹宽度成反比的规律。

ⅲ.孔到光屏距离变大为2m，干涉条纹变粗，符合D与干涉条纹宽度成正比的规律。

Matlab在光学教学中的应用举例-4页word资料

Matlab在光学教学中的应用举例O1-4；G4341、引言近年来，随着教育的发展，学生规模不断扩大，使得高校的实验教学设施面临着严重的挑战；而另一方面，光学作为一门基础学科，如果只是推导理论公式，没有实验演示的话，难以引起学生的兴趣。

基于数值技术或虚拟仿真技术开发实验演示软件是扩大实验教学规模和提高教学质量、教学效率的有效途径，是目前高校教育现代化的发展趋势。

Matlab是美国MathWorks公司开发的一款商业数学软件。

Matlab具有友好的用户界面及接近数学表达式的自然化语言，因而相比C、Fortran 等语言，更方便与初学者入门。

在光学课程教学时，使用Matlab等软件编写实验仿真软件，将抽象的概念经仿真实验过程直观的展示出来，有助于提高学生的学习兴趣；并且利用计算机的高速运算能力，可以实现仿真实验参数的反复、快速的调整，大大提高实验效率。

杨氏双缝干涉是物理学中最重要最基本的实验之一，在物理光学以及原子物理中有着广泛的应用。

本文拟使用Matlab软件实现杨氏双缝干涉实验的仿真，使学生能够直观地学习双缝干涉现象及干涉理论。

2、杨氏双缝干涉相关基础理论杨氏双缝干涉实验的原理如图1（a）所示，图中双缝间距为d，双缝所在平面与观察屏平行，二者间距为D。

屏上O点到两个狭缝的距离相等。

当两个狭缝发出的光在屏上相遇时，会发生干涉现象，屏幕上可观测到干涉条纹。

双缝到达观察屏上P点的光程差满足由光程差导致的相位差为（2）。

假设两个光波在P点的振幅都等于A=1，则两列光干涉叠加后P点的光强为：（3）。

3.仿真过程及结果基于上述原理分析，主程序编写如下：lamda = 632.8e-9；d = 2e-3；D = 1； % 设置波长，双缝间距，双缝与屏的距离xm = 5*lamda*D/d； %设屏上观测点离中心最大距离x = linspace（-xm，xm，101）； % 屏上取101个预测点phi=2*pi*（d*x./D）/lamda； % 计算相位差I = 4*（cos（phi/2））.^2； % 根据相位差计算光强分布subplot（211）；plot（x*1000，I）；title（'干涉光强'）；axis （[-xm*1000 xm*1000 0 4]）；B = I*255/4； % 定?巳?255个级别，使I/4对应最亮subplot（212）；image（x*1000，xm*1000，B）；title（'干涉图样'）；%以图案表示干涉条纹图1（b）为双缝干涉的光强分布及干涉条纹的仿真结果，在平面波入射时可以观察到等间距的平行直条纹。

基于MATLAB的光的干涉演示

光的干涉的研究问题：利用MA TLAB 仿真程序验证两束频率相同的单色光在空间某点相遇时，讨论光强和干涉条纹的分布规律，更加直观地让学生理解光的干涉现象。

相关词：MATLAB 光的干涉工具：MA TLAB光的双缝干涉两束频率相同的单色光在空间某点相遇时，讨论光强和干涉条纹的分布规律。

[数学模型]根据波的叠加理论，两束同频率单色光在空间某一点光矢量的大小为E 1 = E 10cos(ωt + φ10)，E 2 = E 20cos(ωt + φ20)， (7.1.1)其中，E 10和E 20分别是两个光矢量的振幅，φ10和φ20分别是初相。

如果两个光矢量的方向相同，合成的光矢量为E = E 0cos(ωt + φ0)， (7.1.2)其中，振幅和初相分别为0E =， (7.1.3a)10102020010102020sin sin arctan cos cos E E E E ϕϕϕϕϕ+=+。

(7.1.3b) 在一定时间内观察到的平均光强I 与光矢量的平方的平均值成正比2220102010202010[2cos()]I aE a E E E E ϕϕ==++-， (7.1.4)其中a 是比例系数。

对于普通光源，两光波之间的相位差φ20 – φ10是随机变化的，平均值为零，因此22102012I aE aE I I =+=+。

(7.1.5)这就是光的非相干叠加，总光强等于两束光各自照射时的光强之和。

如果两束光的相位差恒定，则合成光强为12I I I ϕ=++∆， (7.1.6a)其中Δφ = φ20 – φ10，第三项是干涉项。

这就是光的相干叠加。

如果I 1 = I 2，则合成光强为2112(1cos )4cos 2I I I ϕϕ∆=+∆=。

(7.1.6b) [讨论]①当Δφ = 2k π时(k = 0, ±1, ±2,…)，满足这样条件的空间各点的光强最大2M 12I I I =++=， (7.1.7a) 或 I M = 4I 1。

光学现象的Matlab演示

目录摘要 (1)第一章引言 (2)第二章Matlab的使用 (3)2.1 命令运行方式 (3)2.2 M文件运行方式 (3)第三章波动光学基本理论 (5)3.1 光的衍射 (5)3.1.1夫朗禾费单缝衍射 (5)3.1.2夫朗禾费多缝衍射 (8)3.1.3夫朗禾费圆孔衍射 (9)3.1.4夫朗禾费矩孔衍射 (11)3.2 光的干涉 (12)3.2.1杨氏双缝干涉 (12)3.2.2薄膜干涉（等厚干涉） (15)3.2.3牛顿环 (17)3.3 光学现象的Matlab模拟 (20)3.3.1夫朗禾费单缝衍射 (20)3.3.2夫朗禾费多缝衍射 (20)3.3.3夫朗禾费圆孔衍射 (21)3.3.4夫朗禾费矩孔衍射 (23)3.3.5杨氏双缝隙干涉 (24)3.3.6薄膜干涉（等厚干涉） (24)3.3.7牛顿环 (25)第四章结论 (27)参考文献 (28)光学现象的Matlab演示指导老师刘琳苏州大学应用技术学院学院机电系06级 0616407035摘要：Matlab强大的矩阵处理与运算功能，丰富的图形绘制能力深受用户的青睐，其应用范围涵盖了当今几乎所有的工业应用与科学研究领域。

它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，其丰富的库函数和各种专用工具箱，将使用者从繁琐的底层编程中解放出来；它对科学计算结果迅捷而准确的可视化能力，有助于使用者化抽象思维为形象思维，更好地理解概念。

将Matlab软件和光学有机的结合起来，能够直观的建立物理现象，更形象的说明问题。

以下主要分析介绍了夫朗禾费单缝衍射，多缝衍射，矩孔衍射，和圆孔衍射以及杨氏双缝干涉，薄膜干涉和牛顿环的干涉等理论，用Matlab软件编写相应程序然后进行计算机模拟，有助于理解和研究衍射和干涉的理论。

关键词：Matlab；波动光学；程序设计；计算机模拟Abstract:Matlab is widely used by the image processing and computer vision community, including industrial application and the scientific research .Formidable matrix processing , the operation function, the rich graph plan ability depth, advanced algorithms and numerical accuracy and access to implementation details are all its superiorities. It made significant contributions to physics. Fraunhofer signal slit diffranction 、multi slits diffranction, circular aperture diffranction, rectangular aperture diffranction ,Young’s two slits interference ,equal thickness interference and Newton rings are analyzed in this article .Then Matlab is used to compile the corresponding procedures and to simulate by computer. This is useful to understand and study of the diffraction and interference theory.Key words:Matlab; wave optics; programming; simulating with computer第一章引言Matlab是美国Mathworks公司于20世纪80年代推出的一种简便的工程计算语言，其应用范围涵盖了当今几乎所有的工业应用与科学研究领域。

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）。

Matlab在信息光学中应用

精选完整ppt课件
48
缝宽对夫瑯禾菲衍射的影响
精选完整ppt课件
49
缝宽对夫瑯禾菲衍射的影响代码
• igure; • for k=1:4; • u=zeros(50,50); • u(20:30,25:(24+k))=1; • subplot(2,4,k);imshow(u); • end; • for k=5:8; • u=zeros(50,50); • u(20:30,25:(20+k))=1; • u=fft2(u,256,256);u=fftshift(u); • subplot(2,4,k);imshow(log(abs(u)),[-1 1]);title('夫瑯禾费衍射'); • end;
• [x1,map]=imread('j2.bmp');subplot(2,3,2);imshow (x1);x1=fft2(x1,256,256);x1=fftshift(x1);subplot(2, 3,5);imshow(log(abs(x1)),[-1 5]);
• [x1,map]=imread('j3.bmp');subplot(2,3,3);imshow (x1);x1=fft2(x1,256,256);x1=fftshift(x1);subplot(2, 3,6);imshow(log(abs(x1)),[-1 5]);
• xlabel('kasinθ');
• ylabel('光强I/I0');
• title('多缝缝衍射强度分布');
• lgray=zeros(100,3);
• for i=0:99
•