MATLAB夫琅禾衍射课程设计.docVIP

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 电子科学与技术1201 班 指导教师： 工作单位： 信息工程学院 题 目: 夫琅禾费矩孔﹑单缝和圆孔衍射图样 设计目的 了解MATLAB软件的基本知识，基本的程序设计，软件在高等数学和工程数学中的应用，学会使用软件进行数值计算和控制工程中的应用。 二、设计内容和要求 1．绘制禾费矩孔、单缝和圆孔衍射图样，可以是二维的或三维的，也可以两种都有。改变矩孔、单缝和圆孔的参数，比较衍射条纹的变化。 提示：参考《物理光学》教材或冯国英《波动光学》,画二维图时用image和colormap函数，显示灰度图像时用colromap(gray(255))，255级灰度即可，画出的图和教材上的衍射图样一样。三维图时就用mesh或surf函数。 2. 学习Matlab语言的概况和Matlab语言的基本知识。 3．学习Matlab语言的程序设计。 三、初始条件 计算机；Matlab软件。 四、时间安排 1、2015年01月19日，任务安排，课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。 2、2015年01月20日，查阅相关资料，学习Matlab语言的基本知识，学习MATLAB语言的应用环境、调试命令，绘图功能函数等。 3、2015年01月21日至2015年01月22日，Matlab课程设计制作和设计说明书撰写。 4、2015年01月23日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。 指导教师签名： 2015年 01 月 19日 系主任（或负责教师）签名： 2015年 01 月 19日 目录 摘要 I 1 设计内容及要求 1 1.1 设计的目的 1 1.2 设计的要求 1 2 设计原理及设计思路 1 2.1 矩孔衍射原理 1 2.2 单缝衍射原理 2 2.3圆孔衍射原理 2 3 程序设计 3 3.1 矩孔衍射程序 3 3.2 单缝衍射程序 4 3.3 圆孔衍射程序 4 4 图形仿真 5 4.1 矩孔衍射仿真图样 5 4.2 单缝衍射仿真图样 6 4.3 圆孔衍射仿真图样 6 5 心得体会 8 参考文献 8 摘要 本文基于衍射理论，利用MATLAB软件编程来实现对夫琅禾费矩孔﹑单缝和圆孔衍射图样的计算机仿真，不仅参数很容易调节、模拟结果直观，而且与实验观测结果也非常吻合。这为数字化仿真现代光学实验和教学提供了一种极好的手段。 MATLAB是一套高性能的数值分析和计算软件，它将矩阵计算﹑数值分析﹑图形管理和编程技术结合在一起，广泛应用于高校基础和专业课程的教学中。计算机仿真以其良好的可控性﹑无破性﹑易观察性以及低成本等优点，在光学理论和实验教学中被迅速推广。根据光学原理设计程序进行实验仿真，简单灵活﹑周期短，而且不受实际试验条件的限制，节约了实验器材，并减少了实验者的操作难度。利用MATLAB软件对光学现象进行数值仿真能迅速地展示实验现象，验证理论，使学生较直接地接受科学事实，更好地理解理论知识，从而加深对光学原理﹑概念和图像的理解。 关键字：夫琅禾费衍射 矩孔 单缝 圆孔 MATLAB 仿真 1 设计内容及要求 1.1 设计的目的 利用MATLAB软件编程来实现对夫琅禾费矩孔﹑单缝和圆孔衍射图样的计算机仿真，对光学现象进行数值仿真，能迅速地展示实验现象，验证理论，使学生较直接地接受科学事实，更好地理解理论知识，从而加深对光学原理﹑概念和图像的理解。 1.2 设计的要求 绘制禾费矩孔、单缝和圆孔衍射图样，可以是二维的或三维的，也可以两种都有。改变矩孔、单缝和圆孔的参数，比较衍射条纹的变化。 2 设计原理及设计思路 2.1 矩孔衍射原理 设波长为的平行光正入射到宽度为（轴方向），高度为（轴方向）的矩孔上，若设矩孔上的光场分布均匀，则瞳函数为常数，即，夫琅禾费矩孔衍射的衍射场为，式中和分别为轴和轴方向上的衍射角；；为真空中的波数；为光波从，坐标的原点出发沿着衍射方向到达场点的光程，即参考光程，在积分过程中是不变的常量；，。由上易得出夫琅禾费矩孔衍射的光强分布为 极小值 2.2 单缝衍射原理 由惠更斯—菲涅尔原理易得出波的振动表达式为，对于单缝衍射，其相位差为，其光振动表达式为 或 其复振幅为 所以光屏上点的合振幅为 其中 ，因此光强为 所以光强分布为 时有最大光强 时，最小光强 ， 2.3圆孔衍射原理 圆孔衍射中间亮纹亮度最大，称为爱里斑，直径为,观察平面上任意一点的复