基于matlab的光学现象仿真
宇鸿张科学学院
天津商业大学
天津300134中国的公关
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摘要在大学物理课程Matlab方法模拟光学物理现象被使用。利用matlab仿真的方法学生可以在电脑上做实验在短的时间里结果表明它是对学生理解基本概念很有帮助用Matlab进行了仿真结果和实验结果比较开发了低级别的算法和解决了高级别的问题。仿真模拟示例在课堂教学和研究的光学现象中被提出。
关键字模拟光学现象干涉夫琅和费衍射快速傅里叶变换
1引言
计算机视觉是目前世界上公认的在工程和仿真程序的重要方法1。对于现代化教育我们已经涉及MATLAB作为多媒体支持可视化的物理现象在大学物理课程中出现。我们通过尝试用Matlab模拟的物理现象大学本科物理课程中的科学和工程可以描述许多物理现象并在Matlab软件中绘制仿真图样。这些仿真模拟使学生更容易更直接领悟光学原理。
Matlab所代表的矩阵实验室是软件围绕向量和矩阵建立起来的。它于1984年由Mathworks公司2发行的推出的。从那时起它广泛适用于应用科学、大学教育和科学研究等各大领域。选择matlab在大学物理课程中使用因为它是一个有很多演示和帮助主题的互动环境学生可以得到即时的视觉强化和矩阵的编程语言以及技术计算。它整合了计算、数学符号、可视化和编程集一体的易于使用的平台。此外Matlab的语言已被证明是容易让学生理解为他们提供方便和访问复杂算法及实现图像处理的功能3。
本文作者根据自己在课堂教育的模拟仿真演示以及在该领域研究将本文组织如下。上述部分显示利用Matlab作为实验工具本科理工科学生解决实际的问题出发。我们引入例子来说明问题第二部分用matlab来模拟仿真牛顿环干涉实验的现象。第三部分通过快速傅立叶变换的Matlab的FFT功能设计程序模拟夫琅和费衍射实验现象。
2模拟牛顿环
A分振幅干涉
圆形干涉图样可观察到如果一个球形表面被放置在一个平面上4。环形模式被称为“牛顿环”这可以被用来确定的球形表面的曲率半径。实验装置如图21所示。
f图21牛顿环装置图
假如我们可以通过波前分裂观察干涉图样。我们假设单色波在X轴上传播入射光波由光束分离器分离成两部分。其中的一部分是反射的第一光学表面上另一部分是反射板的上下表面的光学表面上。该部分的波前分裂得到干涉图样。如图22所示。
图22牛顿环的干涉图样
Bmatlab仿真模拟
Matlab软件支持程序编程并且有许多面向对象的编程功能5。基本数据结构在Matlab系统中是数组形式表现。Matlab有许多功能是有用的处理阵列支持多维数r