基于matlab的学现象模拟.doc

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 电子邮件:lxyzhyh@tjcu.edu.cn 大学物理课程，Matlab 方法模拟物理现象被。利用方法，学生可以做实验，在短时间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,开发低级别算法和解决高级别问题。模拟示例在课堂教学和研究的光学现象提出。 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大学物理课程。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Matlab软件中绘制。这些使学生更容易，更光学原理Matlab所代表矩阵实验室软件围绕向量和矩阵建立起来。它Mathworks公司[2]从那时起，它广泛适用于应用科学教育各领域选择matlab在大学物理课程使用，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矩阵的编程语言技术计算。它整合了计算可视化和编程一易于使用的。此外，Matlab的语言已被证明是容易让学生理解，为他们提供方便访问复杂算法图像处理的[3]。 本文作者根据自己，以及在该研究。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。我们引入例子来说明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现象圆形干涉图样可观察到，如果一个球表面被放置在一个平面上[4]。环模式被称为“牛顿环”，这可以被用来确定的球形表面的曲率半径。实验装置如图所示。 图2-1 牛顿环装置图 假如，我们可以通过波前分裂观察干涉图样。我们假设单色波入射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面的光学表面上。该的波前分干涉图样示Matlab软件支持，并有许多面向对象的编程[5] 。基本数据结构在Matlab系统是数组。 Matlab有许多功能是有用的处理阵列多维数组的。一维数组，也被称为矢量。一个二维阵列被称为基质。该系统具有所谓的单元阵列另一个数据结构中的元素。单元格可以保存其他阵列任何尺寸和类型。它是一种灵活的和有用的数据结构。和矩阵有时使用互换。有函数来执行标准的矩阵运算描述线性代数。的图像的数据被存储在一个阵列或矩阵在这符号，在牛顿环的仿真，我们存储：列存储在x的，y轴的方，[6]。矩阵操作往往是最有效的，因为优化在我们程序，我们设置：波，气隙长度圆形的光学面与板之间的光表面。 A面凸透镜触及平行平面板并且透镜之间形成宽度H的空气间隙的板。我们所说的球形表面的曲率半径R和图的圆环的半径r。我们把仿真空间，x轴和y，然后计算光强度干涉。在模板上存储，使用matlab图像函数来显示带有图案的阵列，close all; figure(Position,[90 164 873 483]); LofWave=589.3; %wave length Radius=5.1; %radius of the lens GasWid=5; % length of the air gap a1=axes(Position,[0.4,0.16,0.4,0.7]); [x,y]=meshgrid(linspace(-0.005,0.005,200)); r=(x.^2+y.^2); Distrib=[2*GasWid+2*(Radius-sqrt(Radius^2- r))*1e9]/LofWave; In=abs(cos(Distrib*pi*2)); % the strength of the light green=abs(LofWave-500)/200; % red red=1-green; % green blue=abs(LofWave-540)/240; %blue ImgStr(:,:,1)=In*red; % array of the light ImgStr(:,:,2)=In*green; ImgStr(:,:,3)=In*blue; Pc=imshow(ImgStr,[]); 仿真模拟图样如下所示: 图2-3 牛顿环仿真模拟图样在本节中，我们将给予描述夫琅和费衍射[7]。足够远的，菲涅耳 - 基尔霍夫衍射夫琅和费衍射[8]。为了使的条件，取光学镜头，其中准直或平行光通平面1。在这种结构中，。在成像过程可被认为是一傅里叶变换的光（夫琅和费衍射）紧接着又光代替移动平行入射到上述孔如在3-1中是通过孔产生的夫琅和费衍射实验的图样在焦平面上呈现。 单缝的衍射可以通过方式使用图的光学装置3-1所示让照在单缝衍射 为向前和向后的定义变换与工程惯例一致为行波。若f