光栅衍射实验的matlab仿真

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1、届别2012届学号200814060106毕业设计光栅衍射实验的MATLAB仿真姓　　名吴帅系别、专业物理与电子信息工程系应用物理专业导师姓名、职称姚敏教授完成时间2012年5月16日II目录摘要IABSTRACTII1引言11.1国内外研究动态12理论依据22.1平面光栅衍射实验装置22.2原理分析32.3MATLAB主程序的编写62.4仿真图形的用户界面设计73光栅衍射现象的分析83.1缝数N对衍射条纹的影响83.2波长λ对衍射条纹的影响103.3光栅常数d对衍射光强的影响123.4条纹缺级现象134总结14参

2、考文献16致谢17附录18IIII摘要平面光栅衍射实验是大学物理中非常重要的实验，实验装置虽然简单，但实验现象却是受很多因素的影响，例如波长λ，缝数N，以及光栅常数d。本文利用惠更斯一菲涅耳原理，获得了衍射光栅光强的解析表达式，再运用Matlab软件，将模拟的界面设计成实验参数可调gui界面,能够连续地改变波长λ，缝数N，光栅常数d，从而从这3个层面对衍射光栅的光强分布和谱线特征进行了数值模拟，并讨论了光栅衍射的缺级现象，不仅有利于克服试验中物理仪器和其他偶然情况等因素给实验带来的限制和误差.并而且通过实验现象的对

3、比，能够加深对光栅衍射特征及规律的理解,这些都很有意义。关键词：平面光栅衍射；惠更斯-菲涅尔原理；gui；光强分布；MatlabIIABSTRACTPlanegratingdiffractionexperimentisveryimportantintheCollegephysicsexperiment,thoughtheexperimentalequipmentissimple,theresultwillbeinfluencedbymanyfactors,suchaswavelengthλandslotnumber

4、N,andgratingnumberd.ThepapertakesadvantageofHuygens-Fresnelprinciple,thenfuguresthefomulaofdiffractionlightintensitydistribution.AtlasttheexperimentissimulatedbyMatlabsoftware.Theusercancontinuouslychangeparameterwavelengthλ,slotnumberN,gratingnumberd,soastoge

5、tthedifferentexperimentalphenomenon，andthemissingorderofgratingdiffractionphenomenawillbediscussed.Notonlythematlabsimulationcanbeusedtoovercomethelimitationsofexperimentalequipmentandotherincidentalfactors.butalsothroughthecomparisonofexperimentalphenomenon,i

6、tcandeepentheunderstandingofgratingdiffractioncharactersandrules.Asawhole,itisofsignificance.Keywords:diffractionofplanegratings;Huygens-Fresnelprinciple,GUI,andlightintensitydistribution;MatlabIIIIIIIIII1引言荷兰物理学家惠更斯（Huygens）是光的波动说创始人，1690年他提出了关于波如何传播的惠更斯原理，即认

7、为波前上每一点都可看为是新的球面子波源，子波的包络面就是新的波前。根据这一原理可导出反射和折射定律，也能得出光波经过小孔后偏离几何光学规律向各方向传播，但不能区别光的直线传播和衍射现象产生的条件，更不能定量计算沿不同方向传播的光波的振幅，因而无法确定衍射图样中的光强分布，只是一种几何作图法。1818年，菲涅尔（Fresnel）吸收了惠更斯原理中的“子波”概念，在杨氏干涉实验的启发下对惠更斯原理进行了补充，认为子波之间还存在相干叠加。这样用干涉原理补充的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅尔原理。1882年，基尔霍夫（Kirc

8、hhoff）进一步研究了惠更斯-菲涅尔原理，用标量近似法得到了菲涅尔-基尔霍夫积分公式[1]，为原理奠定了比较完善的数学基础,因而能依此计算得出光栅衍射图样中光强分布规律的数学表达式。另外光栅衍射光强的计算还可采用另外一种方法—振幅矢量法[2]。本文将采用的此种方法计算出光强表达式，进一步编写出matlab仿真光栅衍射的主程序。1.1国内外研究动态对光学实验