基于Matlab与VB的光栅衍射综合实验仿真.doc

 基于 Ｍａｔｌａｂ与 ＶＢ 的光栅衍射综合实验仿真 赵 华 芬 ，孔 德 明 （中南大学 物理科学与技术学院，湖南 长沙 ４１００８３） 摘 要：以光栅衍射为例 ，编 写 了 基 于 Ｍａｔｌａｂ的 仿 真 程 序 。 利 用 ＤＬＬ 接 口 技 术 ，结 合 Ｍａｔｌａｂ强 大 的 科学计算功能以及 ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ的 可 视 化 功 能 ，通过改变输入参数实现了对光栅衍射 、单 缝 衍 射 、杨氏双缝干涉以及多光束干涉的光学实 验 进 行 生动形象的仿真模拟 。 实验结果的图样细致逼真 ，可 为光学的理论分析和实验教学提供新的有效辅助手段 ，并 为 相 关 课 件 的设计提供了新的途径 。 关键词：Ｍａｔｌａｂ；ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ；光 栅 ；ＤＬＬ 中图分类号：Ｇ４３４；ＴＰ３１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）０４－００５７－０５ ＳｙｎｔｈｅｔｉｃＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｒａｔｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎＢａｓｅｄｏｎ ＭＡＴＬＡＢａｎｄＶＢ ＺＨＡＯ Ｈｕａ－ｆｅｎ，ＫＯＮＧ Ｄｅ－ｍｉｎｇ （Ｄｅｐｔ．ｏｆＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇｔｈｅｇｒａｔｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｂａｓｅｄｏｎ ＭＡＴＬＡＢｉｓｃｏｍｐｉｌｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎ ｕｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＤＬＬ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ＭＡＴＬＡＢ ｐｏｗｅｒｆｕｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ，ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｇｒａｔｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ｓｉｎｇｌｅｓｌｏｔｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，Ｙｏｕｎｇ′ｓｄｏｕｂｌｅ－ｓｌｉｔｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅａｒｅｉｍｉｔａｔｅｄｖｉｖｉｄｌｙｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｉｎｐｕｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｒｅｄｅｌｉｃａｔｅ ａｎｄｄｉｓｔｉｎｃｔ．Ｉｔｏｆｆｅｒｓａｎｅｗｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｒｙｍｅａｎｓｆｏｒｏｐｔｉｃａｌｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｅｗ ｗａｙｆｏｒｃｏｕｒｓｅｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍａｔｌａｂ；ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ；ｇｒａｔｉｎｇｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ－ｂｅａｍｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ；ＤＬＬ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ 数学函数库，必须要求用户对 算 法 有 深 入 的 理 解。 因 引 言 ０ 此，如果能结合 Ｍａｔｌａｂ 与 ＶＢ 各自的优势开 发 仿真软 随着信息技术的发展，光学实验的计算机仿真在科 学工程以及光学教学方面引起了广大工作者的广泛关 注［１－２］。但是，过去大多光学仿真软件的开发都是基于 Ｆｌａｓｈ，Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ，３ＤＭａｘ 之 类 的 图 像 软 件，而 这 类 软 件对光学实验规律和过程很少涉及，很难做到真正的交 互使用。因此，在开发波动光学仿真系统时应选择计算 功能强、人机界面好的软件作为基础。 目前，越来越多的教学工作者采用 Ｍａｔｌａｂ 软件进 行仿真软件的开发［３－６］。 虽然 Ｍａｔｌａｂ 软件提供了强大 的科学运算、图像处理、高效灵活的程序设计方法、以及 便捷的与其他软件间进行数据交 换 的 功 能，但 是 Ｍａｔ－ ｌａｂ在交互式、可视化、高水平仿真图像、人性化仿真界 面和快速开发等方面远远比不上 ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ（ＶＢ）。 ＶＢ 是一种超强的可视化编程语言，但是 ＶＢ 只提 供了基本的数学函数库，如果使用 ＶＢ 编写特殊功能的 件是一种很好 的 方 案。 但 是，鉴 于 Ｍａｔｌａｂ 及 ＶＢ 软 件 之间的接口存在一定 的 难 度，目 前 将 Ｍａｔｌａｂ 及 ＶＢ 结 合仿真光学实验的报道还比较少见［７］。因此，还有大量 的工作需要去探讨与研究。 本文借助 Ｍａｔｌａｂ与 ＶＢ 各自的优势，通过 Ｍａｔｌａｂ 及 ＶＢ 之间的接口技术，在 ＶＢ 界面改变输入参数并调 用 Ｍａｔｌａｂ编写的函数程序，实现同一个程序仿真光栅 衍射、单缝衍射、杨氏双缝干涉以及多光束干涉的实验 现象。 １ Ｍａｔｌａｂ与 ＶＢ 接口方法简介 目前，ＶＢ 调 用