matlab仿真光束的传输特性Word格式.docx

1、（2）夫朗和费圆形孔衍射夫朗和费圆孔衍射的讨论方法和矩形孔衍射的讨论方法相同，只是由于圆孔的几何对称性，采用极坐标更为方便。=ka（3）夫朗和费单缝衍射对于前面讨论的夫朗和费矩形孔衍射，如果矩形的一个方向的尺寸比另一个方向大得多，则该矩形孔衍射就变成单缝衍射（如图），这时沿y方向的衍射效应不明显，只在x方向有亮暗变化的衍射图样。实验过利用=x/f进行求解（4）夫朗和费多缝衍射夫朗和费多缝衍射装置如图，其每条狭缝均平行于y1方向，沿x1方向的缝宽为a，相邻狭缝的间距为d，在研究多缝衍射时，由于后透镜的存在使衍射屏上每个单缝的衍射条纹位置与位置无关。因此，用平行光照射多缝时，其每一个单缝都要产生自

2、己的衍射，形成各自一套衍射条纹。当每个单缝等宽时，各套衍射条纹在透镜焦平面上完全重叠，其总光强分布为它们的干涉叠加。四、Matlab仿真部分 clear allr=100;n1=1.5163;n2=1;%透镜的曲率半径为100mm，透镜的折射率n1=1.5，空气的折射率n2=1d=3;%x=77:0.1:320;figure（1）for n=-5:5 y1=0.1*n; %hold on; %plot（x1,y1）; a1=asin（y1/r）;%入射角 a2=asin（n1/n2*（y1/r）;%折射角 a=a2-a1; k=tan（a）;%出射光线的斜率 x1=sqrt（r2-y12）;

3、x2=x1-r+d; b=y1+k*x2; %出射光线经过（x2,y1） x=-20:0.01:x2;%零坐标选在透镜中心，入射光线距透镜20mm，故x=-20 hold on plot（x,y1）;%平行光束 x3=x2:300; y=-k*x3+b;%出射光线 plot（x3,y）;Endclear all%透镜的结构参数r1=10;r2=-50;l1=-100;L1=-100;n1=1.0;d1=5;n11=1.563n2=1.563;n22=1.0;for n=-3:-1%沿光轴分别为1、2、3度的光线进行入射 %近轴光学成像公式第一个面 u1=n;i1=（l1-r1）*u1/r1i1

4、1=n1*i/n11;u11=u1+i1-i11;l11=r1+r1*i11/u11;%转面公式u2=u11;l2=l11-d1;%近轴光学成像公式第二个面i2=（l2-r2）*u2/r2;i22= n2*i2/n22;u22=u2+i2-i22;l22=r2+r2*i22/u22;%入射光线与第一个透镜交点的纵坐标，坐标原点选在第一个透镜的顶点处h1=l1*（u1*pi/180）;k1=-u1*pi/180;%入射光线的斜率b1=100*k1;%因为入射光线经过（-100,0）点x0=（h1-b1）/k1;%入射光线与第一个透镜交点的横坐标x1=-100:x0;y1=k1*x1+b1;hol

5、d onplot（x1,y1）;%输出入射光线k3=-u22*pi/180;%第二次折射后出射光线的斜率b3=-k3*（d1+l22）;%因为第二次折射后出射光线经过（d1+l22,0）点h2=h1-d1*（u11*pi/180）;%第一次折射后入射到第二个透镜的纵坐标x00=（h2-b3）/k3;%第一次折射后入射到第二个透镜的横坐标k2=（h2-h1）/（x00-x0）;%第一次折射后光线的斜率b2=h1-k2*x0;%因为第一次折射后光线经过（x0，h1）点x2=x0:x00;y2=k2*x2+b2;plot（x2,y2）;%输出第一次折射在两个透镜中的光线x3=x00:30;%选在30

6、是为了将输出图形看得更清晰些y3=k3*x3+b3;plot（x3,y3）;%输出经过第二个透镜后的输出光线%实际光路U1=n*pi/180;I1=asin（L1-r1）*sin（U1）/r1）;I11=asin（n1*sin（I1）/n11）;U11=U1+I1-I11;L11=r1+r1*sin（I11）/sin（U11）;U2=U11;L2=L11-d1;%实际光学成像公式第二个面I2=asin（L2-r2）*sin（U2）/r2）;I22=asin（n2*sin（I2）/n22）;U22=U2+I2-I22;L22=r2+r2*sin（I22）/sin（U22）;h3=L1*tan（U

7、1）;k4=-tan（U1）;b4=100*k4;x01=（h3-b4）/k4;x4=-100:x01;y4=k4*x4+b4;plot（x4,y4,r）;k6=-tan（U22）;b6=-k6*（d1+L22）;%因为第二次折射后出射光线经过（d1+L22,0）点h4=h3-d1*tan（U11）;x02=（h4-b6）/k6;k5=（h4-h3）/（x02-x01）;b5=h4-k5*x02;%因为第一次折射后光线经过（x02，h4）点x5=x01:x02y5=k5*x5+b5;plot（x5,y5,%输出第一次折射在两个透镜中的光线x6=x02:x6=x02:y6=k6*x6+b6;pl

8、ot（x6,y6,%球差m=（L22+d1）-（l22+d1）;endn=1.5062;%K9玻璃的折射率%透镜的中心厚度R=25;%透镜凸面曲率半径f=R/（n-1）;%透镜焦距R0=1;%入射光束半径lambda=1.064e-3;%波长k=2*pi/lambda;phy=lambda*0.61/R0;%角半径w0=sqrt（f*lambda/pi）;%实际光斑半径data=w0-f*phy; %误差z=f;rmax=3*f*phy;%艾利斑半径r=linspace（0,rmax,100）;%产生从0到rmax之间的100点行矢量 将衍射半径100等分eta=linspace（0,2*pi

9、,100）;%将0到2*pi100等分rho,theta=meshgrid（r,eta）;%生成绘制3D图形所需的网格数据x,y=pol2cart（theta,rho）;%衍射斑某点的坐标转换极坐标到直角坐标r0=linspace（0,R0,100）;%将入射光束半径100等分eta0=linspace（0,2*pi,100）;rho0,theta0=meshgrid（r0,eta0）;x0,y0=pol2cart（theta0,rho0）;for dx=1:100%都是为了建立网格 for dy=1:100 Ep=-i/（lambda*z）*exp（i*k*z）*exp（i*k*（x-x0（

10、dx,dy）.2+（y-y0（dx,dy）.2）/（2*z）; E2（dx,dy）=sum（Ep（:）;%积分公式的求和表达 endIe=conj（E2）.*E2;%光强表达式figure（1）;surf（x,y,Ie）;figure（2）plot（x（50,:）,Ie（50,:clear all;lamda=500e-9;a=1e-3;b=1e-3;f=1;m=500;ym=8000*lamda*f;ys=linspace（-ym,ym,m）xs=ys;n=255;for i=1:m sinth2=ys./sqrt（ys.2+f2）;%相当于x/f sinth1=xs（i）/sqrt（xs（

11、i）.2+f2）;%xs（i）作用每给一个ys值，要遍历到所有的x值 angleA=pi*a*sinth1/lamda;%相当于书上的alfa=kax/2f k=2*pi/lamda angleB=pi*b*sinth2./lamda;B（:,i）=（sin（angleA）.2.*sin（angleB）.2.*5000./（angleA.2.*angleB.2）;%光强度公式subplot（1,2,1）image（xs,ys,B）colormap（gray（n）subplot（1,2,2）plot（B（m/2,:）,ys）（2）夫朗和费圆孔衍射clearlam=500e-9a=1e-3f=1m

12、=300;ym=5*0.61*lam*f/a;%取爱里光斑半径的5倍ys=linspace（-ym,ym,m）;n=200; r=xs（i）2+ys.2;%相当于r的平方 sinth=sqrt（r./（r+f2）;%角度 fai=2*pi*a*sinth./lam;%fai=k*a*sinth hh=（2*BESSELJ（1,fai）.2./fai.2;%贝塞尔函数 b（:,i）=hh.*5000;image（xs,ys,b）b（:,m/2）plot（ys,b（:,m/2）lam=500e-9;a=3;xm=3*lam*f/a;nx=50;x=linspace（-xm,xm,nx）;ny=50

13、;y=linspace（0,a,ny）;nysinphi=x/f;%角af=（pi*a*sin（sinphi）/lam; I（i,:）=5*（sin（af）./af）.2;N=255;%确定灰度等级Br=（I/max（I（1,:）*N;image（x,y,Br）;colormap（gray（N）;%颜色plot（x,I（1,: %波长N=2; %缝数，可以随意更改变换a=2e-4;f=5;d=5*a;ym=2*lamda*f/a;%选择坐标围xs=ym;n=1001;ys=linspace（-ym,ym,n）;nsinphi=ys（i）/f;alpha=pi*a*sinphi/lamda;fa

14、i=2*pi*d*sinphi/lamda;I1=（sin（alpha）./alpha）.2;%单缝衍射因子B（i,:）=I1*（sin（N*fai/2）./sin（fai/2）.2;%多缝衍射光强的计算公式B1=B/max（B）;%归一化光强NC=256; %确定灰度的等级Br=（B/max（B）*NC;image（xs,ys,Br）;colormap（gray（NC）; %色调处理plot（B1,ys,k五、画出仿真图形2.（1）夫朗和费矩形孔六、仿真过程中发生的问题及解决的方法1.在用matlab写程序时一定要保证是在英文状态下输入标点符号的不然程序运行时会报错。2.在求第一个图形y=-

15、k*x+b时由于忘记加负号，使出射光线是发散的。由于在算b值，忘记了加负号将b=y-k*x使入射光线和出射光线接不上。3.在仿真的工程中由于正、余弦函数只对弧度值识别，在计算的忘记了导致出现的图形出现的是错误的，后来经过老师指导将其改正输出图形正确。4.在编写程序的过程中由于不懂原理而不会编写，经老师讲解重新编写。七、分析和总结在实验时有好多不明白的地方，通过查看资料在用Matlab进行仿真，能够让我们更清楚的理解每个课题的实验原理，也让我们体会到了Matlab的重要性，同时通过对程序进行改动和观察现象能够让我们更好的掌握光学原理及其现象。这次实验也让我深刻的体会到理论与实践结合的重要性，我们

16、不仅要学，而且要学着把知识用到实践中去，这才使学得有意义、有价值。而且我觉得不懂就要问，这次不懂，下次就懂了，一点一点的弄懂了也就会得多了才会有信心去做更难的题目。八、参考文献Matlab讲义及参考书物理光学与应用光学（第二版）石顺祥、王学恩、劲松编应用光学（第四版）林编 理工大学九、过程考核表和成绩鉴定表邮电大学电子工程学院专业课程设计过程考核表学生班级/学号承担任务实验室（单位）光信息科学与技术所在部门光电子技术系实施时间2014年4月8 日 2014年4月18日具体容第一周集中讲解设计的目的及要求；介绍Matlab仿真的一般方法和步骤；介绍部分函数及其应用；布置课程设计题目；分析仿真中可

17、能出现的问题。学生选题,查阅资料，进行理论部分的推导;教师准备安装软件、参考资料等，同时为学生辅导答疑。学生完成理论推导部分。教师审阅，安装软件。第二周根据理论推导结果，学生进行Matlab程序的编写，并画出仿真图形，老师验收；验收调试成功的学生。验收通过的学生写出设计报告；召开课程设计总结交流会，总结交流学生在课程设计中具有特色的设计思想和合理的调试方法。指导教师（师傅）曾祥梅职务或职称讲师对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能力 很强 一般 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 邮电大学电子工程学院专业课程设计成绩鉴定表进行时间成绩鉴定学习容（20分）与教学任务计划结合程度（10分）与专业培养结合程度（6分）其它（4分）接受单位评价（20分）实践能力（10分）学习态度（6分）学习纪律（4分）报告鉴定（60分） 报告容与实践过程紧密结合（15分）报告容与教学计划容紧密结合（15分）报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数 30分）评阅教师职称成绩评语 评阅教师签字