王文蓮

（大同大學(xué)大同師范分校，山西 大同 037039）

基于Matlab的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真研究

王文蓮

（大同大學(xué)大同師范分校，山西 大同 037039）

光學(xué)實(shí)驗(yàn)在物理的學(xué)習(xí)當(dāng)中非常重要，但非常復(fù)雜、抽象。如果采用Matlab圖形用戶界面來對(duì)其進(jìn)行輔助，就會(huì)開發(fā)出一個(gè)方便、簡(jiǎn)單的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)?；贛atlab的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真還具有操作快捷、效率高等優(yōu)點(diǎn)。筆者對(duì)此進(jìn)行了分析，希望能為相關(guān)工作者提供參考依據(jù)。

Matlab；光學(xué)實(shí)驗(yàn)；仿真；系統(tǒng)

在大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)課程當(dāng)中，光學(xué)實(shí)驗(yàn)是非常重要的一個(gè)部分［1-3］。教師可以采用基于Matlab的方式來進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真。Matlab技術(shù)能提高計(jì)算機(jī)技術(shù)，使數(shù)據(jù)更好的進(jìn)行交互性的顯示。采用這種技術(shù)來對(duì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助，非常簡(jiǎn)單，可以使整個(gè)界面直觀［4-6］。

1 關(guān)于光學(xué)的原理

光學(xué)又稱光學(xué)拍。當(dāng)兩個(gè)單色光波在震動(dòng)的方向、震動(dòng)的幅度、震動(dòng)的頻率相同的情況下，傳輸過程會(huì)產(chǎn)生疊加的現(xiàn)象，這就被稱為光學(xué)。

一般合成波強(qiáng)度會(huì)隨著位置以及時(shí)間而產(chǎn)生變化，其拍率達(dá)到了。它就是兩疊加單色波頻率的差。如果其頻率非常高，和是一樣的，那么w則大于。A的變化比較慢，而E的變化則非?？臁?/p>

2 關(guān)于衍射的原理

衍射指的是光波在空氣當(dāng)中進(jìn)行傳播的方式。在傳播時(shí)，一旦波面受到了限制，便會(huì)自動(dòng)的跳過對(duì)自身產(chǎn)生限制的物體，直接的進(jìn)入幾何陰影。這樣就可以產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，整個(gè)屏幕當(dāng)中出現(xiàn)光強(qiáng)分布不完整的現(xiàn)象。

衍射的規(guī)律可以用菲涅爾衍射積分來進(jìn)行表示。

K是孔徑的平面，E是觀察的平面，d是衍射孔徑平面o到觀察平面PO之間的距離。是傾斜的元素，r是衍射孔徑平面Q到觀察平面p之間的距離。 x1、 y1是孔徑的坐標(biāo)。

得出r值后，可得衍射結(jié)果。一旦障礙物到光源的距離沒有限度，合振幅分布：

3 基于Matlab的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真

基于Matlab的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真的程序：

第一是對(duì)圖進(jìn)行構(gòu)思，對(duì)整個(gè)控件進(jìn)行布局。第二是對(duì)每一個(gè)控件進(jìn)行調(diào)整。

第三是對(duì)代碼的設(shè)置。

小麥生產(chǎn)受到自然條件和人為因素的影響，主要包括品種、土壤、密度、施肥、排水、病蟲草害、天氣等7個(gè)方面[2]。品質(zhì)優(yōu)良、生長(zhǎng)環(huán)境適宜、種植技術(shù)正確以及氣候風(fēng)調(diào)雨順，有利于小麥生產(chǎn)。

3.1 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)的仿真設(shè)計(jì)

雙縫距離用 S1、 S2表示，其為d。雙縫到屏幕之間的距離用 ro來表示。光強(qiáng)分布：

先要對(duì)控件進(jìn)行設(shè)置，顯示實(shí)驗(yàn)示意圖的是Axes1。其他的比如Axes2，顯示的是干涉條紋，Axes3則顯示的是干涉強(qiáng)度曲線。

3.2 光柵衍射實(shí)驗(yàn)的仿真設(shè)計(jì)

圖1 光柵衍射實(shí)驗(yàn)示意圖

縫數(shù)是N，縫寬是a，光柵常數(shù)是d，焦距是f，光波的長(zhǎng)度為λ。光強(qiáng)分布：

需要調(diào)整的參數(shù)有a、N以及λ、d，輸入了參數(shù)以后，可以對(duì)其進(jìn)行比較。參數(shù)發(fā)生了改變，衍射的條紋也會(huì)發(fā)生一定的改變。也可以對(duì)其他的參數(shù)進(jìn)行改變，可以更好的研究參數(shù)改變對(duì)衍射條紋產(chǎn)生的影響。

3.3 設(shè)計(jì)的流程

（1）添加控件。第一，要在MATLAB中找到命令界面，輸入guide。最后再將對(duì)話框進(jìn)行打開。第二，再找到Default，找到確認(rèn)鍵，建立新的模板。

（2）對(duì)控件屬性進(jìn)行增添。在進(jìn)行了上一步以后，可對(duì)控件屬性進(jìn)行增添。

（3）對(duì)M文件進(jìn)行編輯。第一，要在工具欄中找到M-file Editor，對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)擊。整個(gè)光學(xué)仿真的界面：

加載函數(shù)后，對(duì)上面的程序進(jìn)行運(yùn)行，設(shè)置物理量。開始運(yùn)行后，即可得到仿真的結(jié)果。

4 總結(jié)與體會(huì)

光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域當(dāng)中都得到了一定的應(yīng)用。因?yàn)楣鈱W(xué)具有一定的復(fù)雜性，在計(jì)算的時(shí)候存在很大的難度，教師在上課的過程中可以采用基于Matlab的方式來對(duì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真，提高教學(xué)效率。

［1］王永瑛，張光明.用MATLAB制作二元傅里葉變換計(jì)算全息圖［J］.商情，2010，（18）：23-23.

［2］陳小莉.MATLAB在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.安康師專學(xué)報(bào)，2003，15（2）：64-67.

［3］張萌，王菊霞，李芳菊等.基于JAVA和MATLAB的光學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立［J］.河南科學(xué)，2014，32（11）：2267-2269.

［4］冷雁冰.Matlab在《光學(xué)信息處理技術(shù)》課程中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代交際：下半月，2013，（8）：188-188.

［5］呂波.基于Matlab的光學(xué)衍射仿真［J］.東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，33（4）：363-368.

［6］陳小莉.MATLAB在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.安康師專學(xué)報(bào)，2003，15（2）：64-67.

The Research on Simulation of Optical Experiment Based on Matlab

WANG Wen-lian
（Datong Normal University，datong，Shanxi037039）

Optical experiment is very important in physics，but it is very complex and abstract.If you use the Matlab graphical user interface for assistance，it will develop a convenient and simple optical experiment simulation platform.The simulation of optical experiment based on Matlab has the advantages of fast operation，high efficiency and high efficiency，etc.The writer based on the analysis，hoping to provide reference for the relevant workers.

Matlab；Optical experiment；system

O43

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2015.04.040

1672-7304（2015）04-0083-02

（責(zé)任編輯：黃 密）

王文蓮（1978-），女，山西大同人，講師，研究方向：大學(xué)物理教學(xué)。