MATLAB夫瑯禾費(fèi)衍射課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 袁娜 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子科學(xué)與技術(shù)1201 班 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 夫瑯禾費(fèi)矩孔單縫和圓孔衍射圖樣 一、 設(shè)計(jì)目的了解MATLAB軟件的基本知識(shí)，基本的程序設(shè)計(jì)，軟件在高等數(shù)學(xué)和工程數(shù)學(xué)中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)使用軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和控制工程中的應(yīng)用。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求 1繪制禾費(fèi)矩孔、單縫和圓孔衍射圖樣，可以是二維的或三維的，也可以?xún)煞N都有。改變矩孔、單縫和圓孔的參數(shù)，比較衍射條紋的變化。 提示：參考物理光學(xué)教材或馮國(guó)英波動(dòng)光學(xué),畫(huà)二維圖時(shí)用image和colormap函數(shù)，顯示灰度圖像時(shí)用colromap(gray(255)，255級(jí)灰度即可，畫(huà)出的

2、圖和教材上的衍射圖樣一樣。三維圖時(shí)就用mesh或surf函數(shù)。2. 學(xué)習(xí)Matlab語(yǔ)言的概況和Matlab語(yǔ)言的基本知識(shí)。3學(xué)習(xí)Matlab語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。三、初始條件計(jì)算機(jī)；Matlab軟件。四、時(shí)間安排1、2015年01月19日，任務(wù)安排，課設(shè)具體實(shí)施計(jì)劃與課程設(shè)計(jì)報(bào)告格式的要求說(shuō)明。2、2015年01月20日，查閱相關(guān)資料，學(xué)習(xí)Matlab語(yǔ)言的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)MATLAB語(yǔ)言的應(yīng)用環(huán)境、調(diào)試命令，繪圖功能函數(shù)等。3、2015年01月21日至2015年01月22日，Matlab課程設(shè)計(jì)制作和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)。4、2015年01月23日，上交課程設(shè)計(jì)成果及報(bào)告，同時(shí)進(jìn)行答辯。指導(dǎo)教師簽名：

3、2015年 01 月 19日系主任（或負(fù)責(zé)教師）簽名： 2015年 01 月 19日目錄摘要I1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求11.1 設(shè)計(jì)的目的11.2 設(shè)計(jì)的要求12 設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)思路12.1 矩孔衍射原理12.2 單縫衍射原理22.3圓孔衍射原理23 程序設(shè)計(jì)33.1 矩孔衍射程序33.2 單縫衍射程序43.3 圓孔衍射程序44 圖形仿真54.1 矩孔衍射仿真圖樣54.2 單縫衍射仿真圖樣64.3 圓孔衍射仿真圖樣65 心得體會(huì)8參考文獻(xiàn)8摘要本文基于衍射理論，利用MATLAB軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)夫瑯禾費(fèi)矩孔單縫和圓孔衍射圖樣的計(jì)算機(jī)仿真，不僅參數(shù)很容易調(diào)節(jié)、模擬結(jié)果直觀，而且與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果也非常吻合。

4、這為數(shù)字化仿真現(xiàn)代光學(xué)實(shí)驗(yàn)和教學(xué)提供了一種極好的手段。MATLAB是一套高性能的數(shù)值分析和計(jì)算軟件，它將矩陣計(jì)算數(shù)值分析圖形管理和編程技術(shù)結(jié)合在一起，廣泛應(yīng)用于高?；A(chǔ)和專(zhuān)業(yè)課程的教學(xué)中。計(jì)算機(jī)仿真以其良好的可控性無(wú)破性易觀察性以及低成本等優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中被迅速推廣。根據(jù)光學(xué)原理設(shè)計(jì)程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，簡(jiǎn)單靈活周期短，而且不受實(shí)際試驗(yàn)條件的限制，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)器材，并減少了實(shí)驗(yàn)者的操作難度。利用MATLAB軟件對(duì)光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值仿真能迅速地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證理論，使學(xué)生較直接地接受科學(xué)事實(shí)，更好地理解理論知識(shí)，從而加深對(duì)光學(xué)原理概念和圖像的理解。關(guān)鍵字：夫瑯禾費(fèi)衍射 矩孔 單縫 圓孔 M

5、ATLAB 仿真1 設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 1.1 設(shè)計(jì)的目的利用MATLAB軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)夫瑯禾費(fèi)矩孔單縫和圓孔衍射圖樣的計(jì)算機(jī)仿真，對(duì)光學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行數(shù)值仿真，能迅速地展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，驗(yàn)證理論，使學(xué)生較直接地接受科學(xué)事實(shí)，更好地理解理論知識(shí)，從而加深對(duì)光學(xué)原理概念和圖像的理解。1.2 設(shè)計(jì)的要求繪制禾費(fèi)矩孔、單縫和圓孔衍射圖樣，可以是二維的或三維的，也可以?xún)煞N都有。改變矩孔、單縫和圓孔的參數(shù)，比較衍射條紋的變化。2 設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)思路2.1 矩孔衍射原理 設(shè)波長(zhǎng)為的平行光正入射到寬度為（軸方向），高度為（軸方向）的矩孔上，若設(shè)矩孔上的光場(chǎng)分布均勻，則瞳函數(shù)為常數(shù)，即，夫瑯禾費(fèi)矩孔衍射的衍射場(chǎng)為，式中和

6、分別為軸和軸方向上的衍射角；為真空中的波數(shù)；為光波從，坐標(biāo)的原點(diǎn)出發(fā)沿著衍射方向到達(dá)場(chǎng)點(diǎn)的光程，即參考光程，在積分過(guò)程中是不變的常量；，。由上易得出夫瑯禾費(fèi)矩孔衍射的光強(qiáng)分布為 極小值 2.2 單縫衍射原理由惠更斯菲涅爾原理易得出波的振動(dòng)表達(dá)式為，對(duì)于單縫衍射，其相位差為，其光振動(dòng)表達(dá)式為 或 其復(fù)振幅為 所以光屏上點(diǎn)的合振幅為其中 ，因此光強(qiáng)為所以光強(qiáng)分布為時(shí)有最大光強(qiáng) 時(shí)，最小光強(qiáng) ，2.3圓孔衍射原理 圓孔衍射中間亮紋亮度最大，稱(chēng)為愛(ài)里斑，直徑為,觀察平面上任意一點(diǎn)的復(fù)振幅為，由貝塞爾函數(shù)可得 因此，光強(qiáng)為 愛(ài)里斑的半徑為3 程序設(shè)計(jì)3.1 矩孔衍射程序 clear all close

7、all clc lmda=632.8e-9; %波長(zhǎng) xmax=0.05; %矩孔x軸寬度 ymax=0.05; %矩孔y軸寬度 def=0.0001; %分析分辨率 x=-xmax:def:xmax; y=-ymax:def:ymax; lenm=length(x); lenn=length(y); for m=1:lenm for n=1:lenn alpha=pi*x(m)/(lmda); beta=pi*y(n)/(lmda); I(m,n)=(sin(alpha)/(alpha)2*(sin(beta)/(beta)2; end end X,Y=meshgrid(x,y); I=I/

8、(max(max(I); figure imshow(255*I);3.2 單縫衍射程序 clear all close all clc lmda=632.8e-9; %波長(zhǎng) xmax=0.005; %矩孔x軸寬度 ymax=0.05; %矩孔y軸寬度 def=0.0001; %分析分辨率 x=-xmax:def:xmax; y=-ymax:def:ymax; lenm=length(x); lenn=length(y); for m=1:lenm for n=1:lenn alpha=pi*x(m)/(lmda); beta=pi*y(n)/(lmda); I(m,n)=(sin(beta)

9、/(beta)2; end end I=I/(max(max(I); X,Y=meshgrid(x,y); figure imshow(255*I); xlabel(x); ylabel(y);3.3 圓孔衍射程序 clear all close all clc lam=632.8e-9; %波長(zhǎng) a=0.0005; %圓孔直徑 f=1; %距離 m=512; %畫(huà)的點(diǎn)數(shù) ym=4000*lam*f; ys=linspace(-ym,ym,m); xs=ys; for i=1:m r=xs(i)2+ys.2; sinth=sqrt(r./(r+f2); x=2*pi*a*sinth./lam;

10、 hh=(2*besselj(1,x).2./x.2; b(:,i)=(hh).*5000; end image(xs,ys,b) colormap(gray(256)4 圖形仿真4.1 矩孔衍射仿真圖樣x=0.05 , y=0.05時(shí)x=0.02 , y=0.05時(shí)4.2 單縫衍射仿真圖樣x=0.005 , y=0.05時(shí)x=0.002 , y=0.05時(shí)波長(zhǎng)=700e-9，x=0.005 , t=0.05時(shí)4.3 圓孔衍射仿真圖樣直徑a=0.0005時(shí)直徑a=0.0003時(shí)5 心得體會(huì) 通過(guò)這次的課設(shè)，我認(rèn)識(shí)到了MATLAB軟件的功能非常強(qiáng)大，對(duì)于很多關(guān)于光學(xué)實(shí)驗(yàn)方面都可以用它來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使

11、得我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候非常方便及多變。我也熟悉了MATLAB的工作環(huán)境，可以很熟練的對(duì)MATLAB進(jìn)行常規(guī)的操作，快速進(jìn)行程序編輯和仿真。本文次課設(shè)利用MATLAB仿真夫瑯禾費(fèi)矩孔單縫和圓孔衍射圖樣，方法簡(jiǎn)單、快捷。在本次的課程設(shè)計(jì)中，這個(gè)課題看似有點(diǎn)陌生，但是真正做起來(lái)才發(fā)現(xiàn)不是那么困難。主要是因?yàn)橐郧白鰧?shí)驗(yàn)時(shí)老師對(duì)我們要求比較嚴(yán)格，鍛煉很多，對(duì)軟件的用法比較熟悉。這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多知識(shí)，不僅僅是對(duì)MATLAB軟件的學(xué)習(xí)，對(duì)學(xué)習(xí)編程有很大幫助，對(duì)衍射的相關(guān)知識(shí)也有更深的了解，更有對(duì)做課程設(shè)計(jì)的熟練，通過(guò)相互學(xué)習(xí)中，我也學(xué)到了很多其他同學(xué)的方法及他們的一些知識(shí)，體會(huì)到了同學(xué)之間的團(tuán)結(jié)。當(dāng)然，也有老師的幫助及平時(shí)的教導(dǎo)。經(jīng)過(guò)了課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足。但是通過(guò)自己的動(dòng)手動(dòng)腦，既增加了知識(shí)，又給了我專(zhuān)業(yè)知識(shí)以及專(zhuān)業(yè)技能上的提升，對(duì)提高自己的思維能力和操作能力有很大的幫助。同時(shí)我也會(huì)更加努力，認(rèn)真學(xué)習(xí)，爭(zhēng)取在以后的課程中做得更好！參考文獻(xiàn)1 梁紹榮.普通物理學(xué)光學(xué)M.高等教育出版社，19882姚啟鈞.光學(xué)教程M.高等教育出版社，20023張兆奎，繆連元，張立.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M.高等教育出版社，2001