matlab在光学中的应用
随着计算机技术的发展，计算机模拟仿真已经日益运用于实验研究中。并且随着社会的发展，孩子们也越来越不能接受传统的黑板教育。我们借助于计算机 进行数值计算和模拟，对物理学来说有两方面优势，一方面来说我们可以通过计算机仿真很方便地得出实验结果图。另一方面，仿真出来的图像在教学上有很大的帮助，引发学生的学习兴趣。而本次毕业设计，选取了MATLAB作为研究的工具来完成这次光学仿真模拟，并给出了一些实验的仿真结果。具体如下：光的干涉，描述了等倾干涉和等厚干涉的条纹分布规律和条纹分布次级，并通过图像来显示各项条纹分布范围。光的衍射，夫琅禾费单缝衍射与圆孔衍射，说明半波带法，推导单缝夫琅禾费衍射的光强公式。通过图像显示光强曲线和衍射条纹。光的偏振，对于由三个偏振片组成的系统，当中间偏振片旋转时，透射光强有规律地变化。通过动画演示光强的变化情况。计算机仿真技术作为模拟技术实验的手段已经成为了计算机实验应用的一个重要分支。无论是在科学研究中，还是在高等院校的教学生活中，计算的的仿真能力都能够被很好地应用起来，并且得到广大师生的青睐。关键词 MATLAB，光的干涉，光的衍射，光的偏振，仿真目 录
第一章 绪论 1
1.1 MATLAB在光学中应用的研究背景及现状 1
1.2 光学实验仿真研究的意义 1
1.3 MATLAB用于计算机仿真的优势 2
1.4 本论文主要研究问题和工作 2
第二章 MATLAB用于光学仿真的基本理论 3
2.1 利用MATLAB语言绘图 3
2.1.1 二维绘图的plot命令 3
2.1.2 三维图的绘制 3
2.2 图形修饰与控制 3
2.2.1坐标轴的调整 3
2.2.2 M文件的编辑 4
第三章 光的干涉 4
3.1 等倾干涉 4
3.1.1 等倾干涉原理 5
3.1.2 等倾干涉实验仿真图 6
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2.2 图形修饰与控制 3
2.2.1坐标轴的调整 3
2.2.2 M文件的编辑 4
第三章 光的干涉 4
3.1 等倾干涉 4
3.1.1 等倾干涉原理 5
3.1.2 等倾干涉实验仿真图 6
3.2 等厚干涉 6
3.2.1 劈尖的等厚干涉条纹分布的规律 7
3.2.2 劈尖的等厚干涉实验仿真 7
3.2.3 劈尖的等厚干涉白光实验仿真 8
3.2.4 牛顿环 8
3.2.5 牛顿环的实验仿真 8
第四章 光的衍射与偏振 9
4.1 夫琅禾费单缝衍射 9
4.1.1 单缝衍射原理 9
4.1.2 单缝衍射实验仿真 10
4.1.3 单缝衍射强度与缝宽的关系曲线和干涉条纹 11
4.1.4 不同颜色光的单缝衍射实验仿真 12
4.2 夫琅禾费圆孔衍射 12
4.2.1 圆孔衍射原理 12
4.2.2 夫琅禾费圆孔衍射仿真图 12
4.2.3 白光的圆孔衍射条纹 13
4.2.4 瑞利判据的三种曲线和图片 14
4.3 光的偏振 14
4.3.1 光的偏振原理 14
4.3.2 两块垂直偏振片中旋转偏振片的光强示意图 15
结论 16
致谢 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1 MATLAB在光学中应用的研究背景及现状
光学又称光学拍。当两个单色光波在震动的方向、幅度、频率相同的情况下，传输过程会产生叠加的现象，这就被称为光学。
随着计算机技术的发展，计算机模拟仿真已经日益运用于实验研究中。并且随着社会的发展，孩子们也越来越不能接受传统的黑板教育。我们借助于计算机 进行数值计算和模拟，对物理学来说有两方面优势，一方面来说我们可以通过计算机仿真很方便地得出实验结果图。另一方面，仿真出来的图像在教学上有很大的帮助，引发学生的学习兴趣。
国内MATLAB在光学应用的已经十分广泛，例如:陈小莉和钟生海在2003成功将MATLAB带入到光学实验中。[4] 下一年符运良成功将MATLAB带入到光学教学中。[5]周军在2005年成功进行MATLAB在等厚干涉的仿真。[6]同年韩震海，贺德春成功进行了MATLAB在波动光学教学的应用并取得良好的效果。[7]钱淑珍，陈芳芳等在2012年成功进行了MATLAB在光学干涉现象的仿真。[8]这样的例子还有很多很多，这些充分说明了MATLAB在光学乃至整个物理学研究与教学中越来越受到关注与欢迎。同时MATLAB软件编程对单缝衍射、杨氏双缝干涉和多缝衍射进行了计算机仿真,这为光学的理论分析与实验教学提供了方便,并为相关课件设计提供了新的途径。[9]
1.2 光学实验仿真研究的意义
光学是物理学中较抽象的学科。在黑板式教育盛行的当代，人们一直在寻找一种可以让学生容易接受让老师容易讲解的一种教育方式。计算机仿真走进了人们的视野中，MATLAB以其强大的数学运算、图形处理功能，并能不断的开发出更加逼真、精确的仿真程序成为了其中的佼佼者。[1] MATLAB 语言是一个适用于科学计算、工程设计、数值分析等领域的各种计算、演算及仿真分析的高性能的数学软件系统，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的界面友好的用户环境。[2]因而MATLAB可以使学生在课堂中更得心应手,也成为老师教学中的有用工具。
1.3 MATLAB用于计算机仿真的优势
物理学的知识是自然界抽象的物理现象总结。在课堂教学中，学生很容易对抽象的物理知识不理解，我们可以利用MATLAB强大的作图功能将其用直观的图像表达出来。MATLAB仿真是对我们熟悉的物理规律与现象的定量描述，因此我们可以系统分析各种因素的影响，这些传统意义上的硬式教育很难做到的。
因此将MATLAB与物理教学和物理研究相结合起来有利于提高教学与研究效率。举个简单的例子：光学衍射是光学的重要内容，我们人的肉眼很难分辨光的衍射现象，所以在实验室用各种各样的光学仪器来进行实验观察。但是光学仪器非常的灵敏与昂贵，对环境的稳定要求与对仪器的精密程度都非常之高，即使做到了上述的要求，我们实验出来的现象也并不是很明显。但是我们如果通过MATLAB 来进行实验仿真，不仅可以有效的得到清晰的实验仿真图像与数据图，为我们光学的实验研究提供有效的参考。而且可以省去很多的光学仪器的成本与仪器的损耗。
1.4 本论文主要研究问题和工作
在大学的物理实验课程当中，光学实验是非常重要的一个部分。可以采用基于 MATLAB的方式来进行光学实验仿真。MATLAB 技术能提高计算机技术，使数据更好的进行交互性的显示。采用这种技术来对光学实验进行辅助，非常简单，可以使整个界面直观。对光学部分基本现象
第一章 绪论 1
1.1 MATLAB在光学中应用的研究背景及现状 1
1.2 光学实验仿真研究的意义 1
1.3 MATLAB用于计算机仿真的优势 2
1.4 本论文主要研究问题和工作 2
第二章 MATLAB用于光学仿真的基本理论 3
2.1 利用MATLAB语言绘图 3
2.1.1 二维绘图的plot命令 3
2.1.2 三维图的绘制 3
2.2 图形修饰与控制 3
2.2.1坐标轴的调整 3
2.2.2 M文件的编辑 4
第三章 光的干涉 4
3.1 等倾干涉 4
3.1.1 等倾干涉原理 5
3.1.2 等倾干涉实验仿真图 6
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2.2 图形修饰与控制 3
2.2.1坐标轴的调整 3
2.2.2 M文件的编辑 4
第三章 光的干涉 4
3.1 等倾干涉 4
3.1.1 等倾干涉原理 5
3.1.2 等倾干涉实验仿真图 6
3.2 等厚干涉 6
3.2.1 劈尖的等厚干涉条纹分布的规律 7
3.2.2 劈尖的等厚干涉实验仿真 7
3.2.3 劈尖的等厚干涉白光实验仿真 8
3.2.4 牛顿环 8
3.2.5 牛顿环的实验仿真 8
第四章 光的衍射与偏振 9
4.1 夫琅禾费单缝衍射 9
4.1.1 单缝衍射原理 9
4.1.2 单缝衍射实验仿真 10
4.1.3 单缝衍射强度与缝宽的关系曲线和干涉条纹 11
4.1.4 不同颜色光的单缝衍射实验仿真 12
4.2 夫琅禾费圆孔衍射 12
4.2.1 圆孔衍射原理 12
4.2.2 夫琅禾费圆孔衍射仿真图 12
4.2.3 白光的圆孔衍射条纹 13
4.2.4 瑞利判据的三种曲线和图片 14
4.3 光的偏振 14
4.3.1 光的偏振原理 14
4.3.2 两块垂直偏振片中旋转偏振片的光强示意图 15
结论 16
致谢 17
参考文献 18
第一章 绪论
1.1 MATLAB在光学中应用的研究背景及现状
光学又称光学拍。当两个单色光波在震动的方向、幅度、频率相同的情况下，传输过程会产生叠加的现象，这就被称为光学。
随着计算机技术的发展，计算机模拟仿真已经日益运用于实验研究中。并且随着社会的发展，孩子们也越来越不能接受传统的黑板教育。我们借助于计算机 进行数值计算和模拟，对物理学来说有两方面优势，一方面来说我们可以通过计算机仿真很方便地得出实验结果图。另一方面，仿真出来的图像在教学上有很大的帮助，引发学生的学习兴趣。
国内MATLAB在光学应用的已经十分广泛，例如:陈小莉和钟生海在2003成功将MATLAB带入到光学实验中。[4] 下一年符运良成功将MATLAB带入到光学教学中。[5]周军在2005年成功进行MATLAB在等厚干涉的仿真。[6]同年韩震海，贺德春成功进行了MATLAB在波动光学教学的应用并取得良好的效果。[7]钱淑珍，陈芳芳等在2012年成功进行了MATLAB在光学干涉现象的仿真。[8]这样的例子还有很多很多，这些充分说明了MATLAB在光学乃至整个物理学研究与教学中越来越受到关注与欢迎。同时MATLAB软件编程对单缝衍射、杨氏双缝干涉和多缝衍射进行了计算机仿真,这为光学的理论分析与实验教学提供了方便,并为相关课件设计提供了新的途径。[9]
1.2 光学实验仿真研究的意义
光学是物理学中较抽象的学科。在黑板式教育盛行的当代，人们一直在寻找一种可以让学生容易接受让老师容易讲解的一种教育方式。计算机仿真走进了人们的视野中，MATLAB以其强大的数学运算、图形处理功能，并能不断的开发出更加逼真、精确的仿真程序成为了其中的佼佼者。[1] MATLAB 语言是一个适用于科学计算、工程设计、数值分析等领域的各种计算、演算及仿真分析的高性能的数学软件系统，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的界面友好的用户环境。[2]因而MATLAB可以使学生在课堂中更得心应手,也成为老师教学中的有用工具。
1.3 MATLAB用于计算机仿真的优势
物理学的知识是自然界抽象的物理现象总结。在课堂教学中，学生很容易对抽象的物理知识不理解，我们可以利用MATLAB强大的作图功能将其用直观的图像表达出来。MATLAB仿真是对我们熟悉的物理规律与现象的定量描述，因此我们可以系统分析各种因素的影响，这些传统意义上的硬式教育很难做到的。
因此将MATLAB与物理教学和物理研究相结合起来有利于提高教学与研究效率。举个简单的例子：光学衍射是光学的重要内容，我们人的肉眼很难分辨光的衍射现象，所以在实验室用各种各样的光学仪器来进行实验观察。但是光学仪器非常的灵敏与昂贵，对环境的稳定要求与对仪器的精密程度都非常之高，即使做到了上述的要求，我们实验出来的现象也并不是很明显。但是我们如果通过MATLAB 来进行实验仿真，不仅可以有效的得到清晰的实验仿真图像与数据图，为我们光学的实验研究提供有效的参考。而且可以省去很多的光学仪器的成本与仪器的损耗。
1.4 本论文主要研究问题和工作
在大学的物理实验课程当中，光学实验是非常重要的一个部分。可以采用基于 MATLAB的方式来进行光学实验仿真。MATLAB 技术能提高计算机技术，使数据更好的进行交互性的显示。采用这种技术来对光学实验进行辅助，非常简单，可以使整个界面直观。对光学部分基本现象
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