matlab光学仿真设计
MATLAB光学仿真实验报告
目录
一、实验目的 (3)
二、实验内容 (3)
三、实验原理 (3)
四.实验结果（各种干涉图样，） (4)
1.平面波与球面波之间的相互干涉 (4)
（1）平面波与平面波方向相对的干涉 (4)
（2）球面波与球面波 (5)
（3）球面波与平面波 (6)
2.双缝干涉 (7)
（1）经典杨氏双缝干涉 (7)
（2）接收屏在侧面，且二者连线与干涉面垂直 (7)
3.多孔干涉 (8)
（1）三孔干涉 (8)
（2）四个孔干涉 (9)
4.多个不同方向的平面波 (10)
5.牛顿环与电磁波传播 (10)
（1）牛顿环 (10)
（2）模拟电磁波动画 (11)
五，实验总结与感想 (11)
一、实验目的
通过对光学现象的仿真，加深对各种光学现象本质的理解，同时，学会利用MATLAB，这种有效工具研究物理光学。
二、实验内容
这次由于时间关系，只研究了光的干涉现象，不过干涉内容很多，按照老师给的实验的提示内容，我每个都做了。并且自己还加了一些内容。按先后顺序非别如下：
1.平面波与球面波之间的相互干涉
（1）平面波与平面波方向相对的干涉，并且调整角度，方向相对干涉。
（2）球面波与球面波，这个研究的比较多，我分别研究了两个光源，三个，四个以及六个光源在与之共面的平面上的干涉，得到许多精美的图案。
（3）球面波与平面波
2.经典的杨氏双缝干涉
由于杨氏干涉比较重要，所以研究的时间相对较长，这个我为了更好的调整参数，采用了先输入数据的方法，之后才运行得到结果，我还增加了研究非单色光的研究。
另外，我还研究了与两个点光源连线相垂直的屏上的干涉，虽然这个不属于杨氏干涉，但是原理其实差不多。
3.多孔干涉
这部分其实原理差不多，只需要设置对参数。这部分分别研究了三孔和四孔的干涉，并且干涉屏的位置也不一样，分为与孔面平行和与孔面平行，总共四中情况，从中自己也找到了规律。
4.多个不同方向的平面波
这部分研究了三个不同方向的片面波与四个方向的平面波，从中得到一些图案，找到了规律。
5.模拟电磁波传播动画（代码借鉴一本参考书的）与牛顿环
为了加深对电磁波传播的理解，做了个模拟电磁波传播的动画，另外，还做了个牛顿环干涉。
三、实验原理
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括
MATLAB和Simulink两大部分（摘自百度百科）。本实验就是利用MATLAB的数据可视化，用数学推导出各种光学现象的表达式，然后再MABLAB上编程体现各种光学现象。
关于编程的算法，总体来说有两种，第一种就是先算出用相位差，然后用光强公式计算，比如杨氏干涉就是用这种方法。第二周就是用复振幅法，分别表示出每个点的光强，最后在叠加出光强，这种方法书上直接有公式，所以很方便，采用的也比较多。
至于其他的一些关于MATLAB的函数用法，这里就不再叙述。
四.实验结果（各种干涉图样，）
说明，左边都是干涉条纹，右边是干涉光强的曲线，除了杨氏干涉为曲线为，其余的强度都是三维图，三维图中，红色代表光强度大，紫色代表最弱，与不同光的能量相对应。
1.平面波与球面波之间的相互干涉
（1）平面波与平面波方向相对的干涉
两个波方向相反且平行
两个波方向相反但是有相对角度（2）球面波与球面波
三个波源
四个波源
（3）球面波与平面波
2.双缝干涉
（1）经典杨氏双缝干涉
单色光干涉
复色光干涉（2）接收屏在侧面，且二者连线与干涉面垂直
单色光干涉
复色光干涉
3.多孔干涉
（1）三孔干涉
三个孔，三孔所在面与干涉面垂直
（2）四个孔干涉
四孔所在面与干涉面垂直
四孔所在面与干涉面平行
4.多个不同方向的平面波
三个平面波相互干涉5.牛顿环与电磁波传播
（1）牛顿环
.
牛顿环
（2）模拟电磁波动画
模拟电磁波传播
五，实验总结与感想
每个系列，我都做了不少例子，从中都可以发现了不少规律，比如，对于两平面波与平面波干涉，其干涉就是平行条纹，这容易理解，又比如，在同一中光学模拟，可能自己的与其他同学相差很大，其实这就是参数设置的问题，以两个球面波的干涉为例，如果两个波源的连线与要研究的干涉面平行，并且干涉面很远，就是杨氏干涉，得到的是平行条纹，如果干涉面比较近，得到的却是曲线，这就说明了杨氏干涉的前提就是干涉面（接收屏）要远大于两个缝的距离D,这与理论是想符合的，有比如当干涉面与连续垂直，得到的是干涉圆环，这些其实和书上关于两个点光源在空间中干涉场相符合。另外，随着参数的改变，一些图案会有条纹逐渐向光斑过渡，比如多个球面波的干涉，多个平面波的干涉，只要对称，形成的就是光斑，等等。
由于时间关系，自己只研究了干涉，不过受益匪浅。在做的过程中，有过成功的喜悦，当通过努力，得到精美图案的时候，是很高兴的，也有做不出来，没有达到想要的效果的苦恼。不过好在都做好了，自己对于各种干涉有了本质的认识，获得知识，我想，这才是最好的回报吧。