MATLAB夫瑯禾費(fèi)衍射課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

.....課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生__袁娜專業(yè)__電子科學(xué)與技術(shù)1201班指導(dǎo)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,也可以兩種都有。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)》教材或馮國英《波動(dòng)光學(xué)》,畫二維圖時(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,畫出的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語言的概況和Matlab語言的基本知識(shí)。3．學(xué)習(xí)Matlab語言的程序設(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)告格式的要求說明。2、2015年01月20日,查閱相關(guān)資料,學(xué)習(xí)Matlab語言的基本知識(shí),學(xué)習(xí)MATLAB語言的應(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)說明書撰寫。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：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TOC\o"1-3"\h\u4305摘要I61791設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1254501.1設(shè)計(jì)的目的1219671.2設(shè)計(jì)的要求1230772設(shè)計(jì)原理及設(shè)計(jì)思路1291812.1矩孔衍射原理1219102.2單縫衍射原理272612.3圓孔衍射原理2231743程序設(shè)計(jì)3294353.1矩孔衍射程序3208603.2單縫衍射程序472453.3圓孔衍射程序4120474圖形仿真5272904.1矩孔衍射仿真圖樣5133644.2單縫衍射仿真圖樣670814.3圓孔衍射仿真圖樣6116965心得體會(huì)87898參考文獻(xiàn)8.....摘要本文基于衍射理論,利用MATLAB軟件編程來實(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)觀測結(jié)果也非常吻合。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MATLAB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,也可以兩種都有。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)矩孔衍射的衍射場為,式中和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)場點(diǎn)的光程,即參考光程,在積分過程中是不變的常量；,。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,稱為愛里斑,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)為愛里斑的半徑為3程序設(shè)計(jì)3.1矩孔衍射程序clearallcloseallclclmda=632.8e-9;%波長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>;form=1:lenmforn=1:lennalpha=pi*x<m>/<lmda>;beta=pi*y<n>/<lmda>;I<m,n>=<<sin<alpha>>/<alpha>>^2*<<sin<beta>>/<beta>>^2;endend[X,Y]=meshgrid<x,y>;I=I/<max<max<I>>>;figureimshow<255*I>;3.2單縫衍射程序clearallcloseallclclmda=632.8e-9;%波長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>;form=1:lenmforn=1:lennalpha=pi*x<m>/<lmda>;beta=pi*y<n>/<lmda>;I<m,n>=<<sin<beta>>/<beta>>^2;endendI=I/<max<max<I>>>;[X,Y]=meshgrid<x,y>;figureimshow<255*I>;xlabel<'x'>;ylabel<'y'>;3.3圓孔衍射程序clearallcloseallclclam=632.8e-9;%波長a=0.0005;%圓孔直徑f=1;%距離m=512;%畫的點(diǎn)數(shù)ym=4000*lam*f;ys=linspace<-ym,ym,m>;xs=ys;fori=1:mr=xs<i>^2+ys.^2;sinth=sqrt<r./<r+f^2>>;x=2*pi*a*sinth./lam;hh=<2*besselj<1,x>>.^2./x.^2;b<:,i>=<hh>'.*5000;endimage<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=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)方面都可以用它來實(shí)現(xiàn),這使得我們?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。但是通過自己的動(dòng)手動(dòng)腦,既增加了知識(shí),又給了我專業(yè)知識(shí)以及專業(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,1988[