夫琅禾费衍射数字模拟仿真与实验

夫琅禾费衍射数字模拟仿真与实验
夫琅禾费衍射数字模拟仿真与实验

测定夫琅禾费衍射实验

测定单缝衍射得光强分布 【教学目得】 1.观察单缝衍射现象,加深对衍射理论得理解。 2.会用光电元件测量单缝衍射得相对光强分布,掌握其分布规律。 3.学会用衍射法测量微小量。 【教学重点】 1.夫琅禾费衍射理论 2.夫琅禾费单缝衍射装置 3.用光电元件测量单缝衍射得相对光强分布,衍射法测量微小量 【教学难点】 夫琅禾费单缝衍射光路及光强分布规律 【课程讲授】 提问:1、缝宽得变化对衍射条纹有什么影响? 2、夫琅与费衍射应符合什么条件? 一、实验原理 光得衍射现象就是光得波动性得重要表现。根据光源及观察衍射图象得屏幕(衍射屏)到产生衍射得障碍物得距离不同,分为菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射两种,前者就是光源与衍射屏到衍射物得距离为有限远时得衍射,即所谓近场衍射;后者则为无限远时得衍射,即所谓远场衍射。要实现夫琅禾费衍射,必须保证光源至单缝得距离与单缝到衍射屏得距离均为无限远(或相当于无限远),即要求照射到单缝上得入射光、衍射光都为平行光,屏应放到相当远处,在实验中只用两个透镜即可达到此要求。实验光路如图1所示, 图1夫琅禾费单缝衍射光路图 与狭缝E垂直得衍射光束会聚于屏上P0处,就是中央明纹得中心,光强最大,设为I0,与光

轴方向成Ф角得衍射光束会聚于屏上PA处,P A得光强由计算可得: 式中,b为狭缝得宽度,为单色光得波长,当时,光强最大,称为主极大,主极大得强度决定于光强得强度与缝得宽度。 当,即: 时,出现暗条纹。 除了主极大之外,两相邻暗纹之间都有一个次极大,由数学计算可得出现这些次极大得位置在=±1、43π,±2、46π,±3、47π,…,这些次极大得相对光强I/I0依次为0、047,0、017,0、008,… 图2夫琅禾费衍射得光强分布 夫琅禾费衍射得光强分布如图2所示。 图3 夫琅禾费单缝衍射得简化装置 用氦氖激光器作光源,则由于激光束得方向性好,能量集中,且缝得宽度b一般很小,这样就可以不用透镜L1,若观察屏(接受器)距离狭缝也较远(即D远大于b)则透镜L2也可以不用,这样夫琅禾费单缝衍射装置就简化为图3,这时, 由上二式可得 二、实验装置

光的夫琅和费衍射专题实验报告

光的夫琅和费衍射 ——机电1005 李尚兵10221124 实验报告数据处理: 一.用光电池测波长: 位置读数(mm)光电流偏转格数 Sinψ =(b-bo)/L I/Io 11.98 86 0 1 12.18 85 0.000350877 0.988372093 12.38 81 0.000701754 0.941860465 12.58 74 0.001052631 0.860465116 12.78 65 0.001403508 0.755813953 12.98 57 0.001754385 0.662790698 13.18 45 0.002105262 0.523255814 13.38 34 0.002456138 0.395348837 13.58 25 0.002807014 0.290697674 13.78 16 0.003157889 0.186046512 13.98 10 0.003508765 0.11627907 14.18 5 0.00385964 0.058139535 14.38 2 0.004210514 0.023255814 14.58 0 0.004561388 0 14.78 0 0.004912261 0 14.98 1 0.005263134 0.011627907 15.18 2 0.005614006 0.023255814 15.38 3 0.005964877 0.034883721 15.58 4 0.006315747 0.046511628 15.78 5 0.006666617 0.058139535 15.98 5 0.007017486 0.058139535 16.18 4 0.007368354 0.046511628 16.38 3 0.007719222 0.034883721 16.58 2 0.008070088 0.023255814 16.78 1 0.008420953 0.011627907 16.98 0 0.008771817 0 17.18 0 0.00912268 0 得到对称数据为: 光电流偏转格数 Sinψ =(b-bo)/L I/Io 86 0 1 85 -0.000350877 0.988372093 81 -0.000701754 0.941860465 74 -0.001052631 0.860465116 65 -0.001403508 0.755813953

模拟夫琅禾费衍射的matlab源代码

源代码: N=512; disp('衍射孔径类型 1.圆孔 2.单缝 3.方孔') kind=input('please input 衍射孔径类型:');% 输入衍射孔径类型 while kind~=1&kind~=2&kind~=3 disp('超出选择范围,请重新输入衍射孔径类型'); kind=input('please input 衍射孔径类型:');% 输入衍射孔径类型 end switch(kind) case 1 r=input('please input 衍射圆孔半径(mm):');% 输入衍射圆孔的半径 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/16,N/16-1,N)); D=(m.^2+n.^2).^(1/2); I(find(D<=r))=1; subplot(1,2,1),imshow(I); title('生成的衍射圆孔'); case 2 a=input('please input 衍射缝宽:');% 输入衍射单缝的宽度 b=1000;% 单缝的长度 I=zeros(N,N); [m,n]=meshgrid(linspace(-N/4,N/4,N)); I(-a

夫琅禾费衍射实验要求

夫琅禾费衍射的研究 实验仪器 半导体激光器、缝、细丝、光电元件、光屏、微动读数装置、微电流计 预习思考题 1、什么是衍射?菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射有什么区别? 2、实验中如何调节光源、衍射物和光屏等高共轴?如何满足夫琅禾费衍射条件? 3、实验中如何选择光电流检流计的量程? 实验内容 一. 定性观察单缝的夫琅禾费衍射图案,记录图案的特征 1、观察单缝的衍射图案,记录图案特征。 2、观察并记录衍射图案随缝宽的变化规律。 3、改变缝到观察屏的距离,观察并记录条纹的变化情况。 二. 测量单缝衍射的光强分布曲线 1.记录狭缝零点误差。 2.选择一个缝宽,调节光路使衍射花纹清晰,对称,中央主极大宽度1cm左右,并使光电流显示最大。从中央最大向一侧测到三级极小。要求至少测20个数据。 注意:(1)缝与接收器间距应满足远场衍射条件。 (2)微电流计选择适当的档位。 (3)不要错过每一级的最亮点与最暗点。 (4)测量过程中接收器要保持只向一个方向移动,避免空转。 (5)注意同时记录光电流值和相应的位置。 3.测量缝到屏的距离。 4.从中央最大向另一侧测量,重复上述测量步骤。 5.记录光源波长λ。 6.测量缝宽: 方法(选一种): (1) 直接读数。 (2) 用透镜成像法测量,提供钠灯,f=10cm凸透镜一个,测微目镜,自行设计光路。 三. 测量细丝的直径

用衍射的方法测量细丝的直径。 注意:避免激光直接照射探测器。 四. 数据处理(课后) 单缝衍射: 1.以sinθ为横座标,I/I0为纵座标绘制曲线。 2.利用从光强分布曲线获得的数据计算缝宽,与实际的缝宽相比较,并分析误差。 3.验证各级次极大值与中央主极大值的关系I/I0=0.047,0.017…,实验结果与此有何差距?请分析产生差距的原因。 细丝直径: 1.以sinθ为横座标,I/I0为纵座标绘制曲线。 2.利用从光强分布曲线获得的数据计算细丝直径。 注意事项 1、实验过程中按规定操作注意仪器的安全。 2、实验中调光路原则:等高共轴;先粗调,后微调。 课后问题 1、 你还能利用什么光学原理来测量细丝直径? 2、(选做)查阅资料并结合实验中衍射现象,分析总结巴俾涅(babinet)原理。

电路仿真实验报告

本科实验报告实验名称:电路仿真

实验1 叠加定理的验证 1.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2、R3、R4,直流电压源、直流电流源,电流表电压表(Group:Indicators, Family:VOLTMETER 或AMMETER)注意电流表和电压表的参考方向),并按上图连接; 2. 设置电路参数: 电阻R1=R2=R3=R4=1Ω,直流电压源V1为12V,直流电流源I1为10A。 3.实验步骤: 1)、点击运行按钮记录电压表电流表的值U1和I1; 2)、点击停止按钮记录,将直流电压源的电压值设置为0V,再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U2和I2; 3)、点击停止按钮记录,将直流电压源的电压值设置为12V,

将直流电流源的电流值设置为0A,再次点击运行按钮记录电压表电流表的值U3和I3; 4.根据叠加电路分析原理,每一元件的电流或电压可以看成是每一个独立源单独作用于电路时,在该元件上产生的电流或电压的代数和。 所以,正常情况下应有U1=U2+U3,I1=I2+I3; 经实验仿真: 当电压源和电流源共同作用时,U1=-1.6V I1=6.8A. 当电压源短路即设为0V,电流源作用时,U2=-4V I2=2A 当电压源作用,电流源断路即设为0A时,U3=2.4V I3=4.8A

所以有U1=U2+U3=-4+2.4=-1.6V I1=I2+I3=2+4.8=6.8A 验证了原理 实验2 并联谐振电路仿真 2.原理图编辑: 分别调出接地符、电阻R1、R2,电容C1,电感L1,信号源V1,按上图连接并修改按照例如修改电路的网络标号; 3.设置电路参数: 电阻R1=10Ω,电阻R2=2KΩ,电感L1=2.5mH,电容C1=40uF。信号源V1设置为AC=5v,Voff=0,Freqence=500Hz。 4.分析参数设置: AC分析:频率范围1HZ—100MHZ,纵坐标为10倍频程,扫描

413-夫琅禾费单缝衍射

413夫琅禾费单缝衍射 1. 选择题 1,在单缝夫琅禾费衍射实验中,波长为λ的单色光垂直入射在宽度为a =4 λ的单缝上, 对应于衍射角为30°的方向,单缝处波阵面可分成的半波带数目为 (A) 2 个。 (B) 4 个。 (C) 6 个。 (D) 8 个。 [ ] 2,一束波长为λ的平行单色光垂直入射到一单缝AB 上, 装置如图.在屏幕D 上形成衍射图样,如果P 是中央亮纹一侧第一个暗纹所在的位置,则BC 的长度为 (A) λ / 2. (B) λ. (C) 3λ / 2 . (D) 2λ . [ ] 3,在如图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中,若将 单缝沿透镜光轴方向向透镜平移,则屏幕上的衍射条 纹 (A) 间距变大。 (B) 间距变小。 (C) 不发生变化。 (D) 间距不变,但明暗条纹的位置交替变化。 [ ] 4,在夫琅禾费单缝衍射实验中,对于给定的入射单色光,当缝宽度变小时,除中央亮 纹的中心位置不变外,各级衍射条纹 (A) 对应的衍射角变小。 (B) 对应的衍射角变大。 (C) 对应的衍射角也不变。 (D) 光强也不变。 [ ] 5,在单缝夫琅禾费衍射实验中,若增大缝宽,其他条件不变,则中央明条纹 (A) 宽度变小。 (B) 宽度变大。 (C) 宽度不变,且中心强度也不变。 (D) 宽度不变,但中心强度增大。 [ ] 6,在单缝夫琅禾费衍射实验中,若减小缝宽,其他条件不变,则中央明条纹 (A) 宽度变小; 屏幕

(B) 宽度变大; (C) 宽度不变,且中心强度也不变; (D) 宽度不变,但中心强度变小。 []7,在单缝夫琅禾费衍射实验中波长为λ的单色光垂直入射到单缝上.对应于衍射角为30°的方向上,若单缝处波面可分成3个半波带,则缝宽度a等于 (A) λ.(B) 1.5 λ. (C) 2 λ.(D) 3 λ. []8,在白光垂直照射单缝而产生的衍射图样中,波长为λ1的光的第3级明纹与波长为λ2-的光的第4级明纹相重合,则这两种光的波长之比λ1 /λ2为 (A) 3/4 (B) 4/3 (C) 7/9 (D) 9/7 []2. 判断题 1,对应衍射角不为零的衍射屏上某处,如果能将做夫琅和费单缝衍射的波面分割成偶数个半波带,则在屏幕上该处将呈现明条纹。 2,对应衍射角不为零的衍射屏上某处,如果能将做夫琅和费单缝衍射的波面分割成奇数个半波带,在屏幕上该处将呈现明条纹。 3,在用半波带法求解单缝夫琅和费衍射时,当衍射角不为零时,任何两个相邻的、完整的波带所发出的子波在屏幕上同一点引起的光振动将完全相互抵消。 4,用半波带法讨论单缝衍射暗条纹中心的条件时,与中央明条纹旁第二个暗条纹中心相对应的半波带的数目是2。 3. 填空题 1,He-Ne激光器发出λ=632.8 nm (1nm=10-9 m)的平行光束,垂直照射到一单缝上,在距单缝3 m远的屏上观察夫琅禾费衍射图样,测得两个第二级暗纹间的距离是10 cm,则单缝的宽度a=________. 2,在单缝的夫琅禾费衍射实验中,屏上第三级暗纹对应于单缝处波面可划分为__________ 个半波带。 3,波长为λ的单色光垂直入射在缝宽a=4λ的单缝上.对应于衍射角?=30°,单缝处的波面可划分为______________个半波带。 4,在单缝夫琅禾费衍射实验中,设第一级暗纹的衍射角很小,若钠黄光(λ1≈589 nm) 中央明纹宽度为 4.0 mm,则λ2=442 nm (1 nm = 10-9m)的蓝紫色光的中央明纹宽度为

应用Matlab模拟光的夫琅禾费衍射的研究

应用Matlab模拟光的夫琅禾费衍射的研究 摘要:光的衍射是一种非常重要的光的物理现象。它指的是:光将障碍物绕过,偏离直线传播路径,然后进入阴影区里的现象。它也是光的波动表现的一种现象。衍射系统的组成有三个部分,它们分别是:光源、衍射屏、接收屏(用来接收衍射图样的屏幕)。通常情况下,我们根据衍射系统当中三个组成部分之间相互距离的大小,将衍射现象分为两类:一类叫做菲涅耳(Fresnel)衍射,剩下的一类叫做夫琅禾费(Fraunhofer,)衍射。 此文通过Matlab软件,进行编程,进而对夫琅禾费衍射过程进行模拟。然后给出衍射光强分布图形,又通过对光的波长、焦距、缝宽等因素的改变,得到了衍射光强的分布和它的变化规律,并在理论上作出了合理的解释。从而帮助我们更深刻的理解光的波动性原理。 关键词:Matlab;衍射;光学实验

目录 1 绪论 (1) 1.1光的衍射现象 (1) 1.2 Matlab模拟的意义 (1) 2 光的衍射理论 (3) 2.1 惠更斯原理 (3) 2.2 惠更斯——菲涅耳原理 (3) 3夫琅禾费衍射原理 (4) 3.1 夫琅禾费单缝衍射 (4) 3.2 夫琅禾费双缝衍射 (5) 4 夫琅禾费衍射模拟 (6) 4.1 单缝 (6) 4.2 矩孔 (12) 5 总结 (15) 参考文献 (15)

1 绪论 1.1光的衍射现象 自然界之中有一些光的现象,它们与人们已经发现的光的直线传播现象并不是百分百符合。这些现象相继在17世纪之后被科学家们发现。这就是由光的波动性表现出来的。在这些现象之中,人们第一个发现的光的现象便是衍射现象,而且还在发现的同时做了些实验与理论的研究和探讨。 第一次成功发现衍射现象的科学家是意大利的物理学者格里马第。在他的一部著作里描写了这样一个实验:让光通过很小的一个孔后射入到一个暗室里面,利用这种方法来形成点光源,然后在光路上面放置根直杆。这时发现了两个特殊的现象:一个是影子,它投在白色的屏幕之上,以光的直线传播理论假定的影子要比它的宽度要小;另一个就是在这个影子的边缘还呈现出大约2、3个条带,条带是彩色的,随着光的增强,增强到很强的时候,这些条带甚至进入影子里。此后,格里马第还在一个不透明的板上面挖一个圆孔,用它来代替直杆,这样就会在屏幕上就呈现一亮斑出来,然而亮斑的大小要比光线沿直线传播的时候稍微大一些。 “衍射”这个词汇就是在这个时候正式被定义到光学当中,格里马第用它来命名光线会绕过障碍物边缘的现象。可惜的是,格里马第并没有能够正确解释这一现象。一方面,他知道他所观察出的衍射现象与光的直线传播和光的微粒说两中当时处在统治地位的学说相矛盾;另一方面,他自己认为的观点是,光是一种稀薄而且感觉不到的光流体,在光遇到障碍物的时候,就会引起流体波动。 除此之外,有关与光的衍射的现象,胡克前辈也曾观察到。《显微术》是一个物理光学的初始建立的标志,它就是胡克著作的。在这本书中,写了在几何阴影中光衍射的现象。另外一个重复衍射实验的学者是牛顿。他的实验是仔细观察屏幕边缘、毛发影子等。在这些实验中,他得出了这样的结论:粒子能够同物体的粒子相互作用,且在它们通过这些物体的边缘时发生倾斜。 最终,光的衍射的正式定义为:光在传播过程中,遇到障碍物或小孔(窄缝)时,它有离开直线路径绕道障碍物阴影里去的现象。 1.2 Matlab模拟的意义 在工程设计的领域之中,我们在理论的分析、物理上做实验后面,观察客观世界的规律性方面又发现一种新型手段:即计算机仿真科学。

夫琅禾费双缝衍射的原理

双缝衍射原理 图1双缝衍射装置 Fig.1. Double-slit diffraction equipment 双缝衍射的实验装置如图1所示:一光栅有N 条缝,透光的缝宽度为a ,不透光的挡板宽度为b ,入射光波为λ。 双缝间距为d=a+b ,d 称为光栅常数。如图,在θ方向,相邻两条缝之间的 光程差为δ=dsin θ,相位差为λ θπλδπ?sin 22d ==?,假设每一个单缝引起的光波振幅为'A ?,根据多个等幅同频振动的合振幅公式:()()2/sin 2/sin ?????=n A A ,所有缝在θ方向产生的振幅为()()v Nv A N A A sin sin 2/sin 2/sin '' '?=???=??,其中λθπsin d v =。汇聚点的光强为2'0)sin sin (v Nv I I =,其中2''0A I ?=。当N=1,可知:'0I 是单缝引起的光强。根据单缝衍射的公式20)sin (u u I I =,可得光栅衍射的光强公式20)sin (u u I I =2)sin sin (v Nv ,其中u=λθπsin a 。 (1)当N=1时,光强公式变为单缝衍射的公式20)sin (u u I I =,因此2)sin (u u 称为单缝衍射因子。 (2)当N=2时,根据光栅衍射公式可得:v u u I I 220cos 4)sin ( =[2]。 3双缝衍射的强度分布和谱线图 仍利用MATLAB 软件,根据双缝衍射的算法,输入程序,得到的衍射强度分布和谱线图。下面改变参数对双缝衍射进行讨论分析。 3.2.1改变缝宽a 观察双缝衍射图样变化

数字电路实验Multisim仿真

实验一 逻辑门电路 一、与非门逻辑功能的测试 74LS20(双四输入与非门) 仿真结果 二、 或非门逻辑功能的测试 74LS02(四二输入或非门) 仿真结果: 三、与或非门逻辑功能的测试 74LS51(双二、三输入与或非门) 仿真结果: 四、异或门逻辑功能的测试 74LS86(四二输入异或 门)各一片 仿真结果: 二、思考题 1. 用一片74LS00实现Y = A+B 的逻辑功能 ; 2. 用一片74LS86设计 一个四位奇偶校验电路; 实验二 组合逻辑 电路 一、分析半加器的逻辑功能 二. 验证

的逻辑功能 4.思考题 (1)用两片74LS138 接成四线-十六线译码器 0000 0001 0111 1000 1111 (2)用一片74LS153接成两位四选一数据选择器; (3)用一片74LS153一片74LS00和接成一位全加器 (1)设计一个有A、B、C三位代码输入的密码锁(假设密码是011),当输入密码正确时,锁被打开(Y1=1),如果密码不符,电路发出报警信号(Y2=1)。 以上四个小设计任做一个,多做不限。 还可以用门电路搭建 实验三触发器及触发器之间的转换 1.D触发器逻辑功能的测试(上升沿) 仿真结果; 2.JK触发器功能测试(下降沿) Q=0 Q=0略

3.思考题: (1) (2) (3)略 实验四寄存器与计数器 1.右移寄存器(74ls74 为上升沿有效) 2.3位异步二进制加法,减法计数器(74LS112 下降沿有效) 也可以不加数码显示管 3.设计性试验 (1)74LS160设计7进制计数器(74LS160 是上升沿有效,且异步清零,同步置数)若采用异步清零: 若采用同步置数: (2)74LS160设计7进制计数器 略 (3)24进制 83进制 注意:用74LS160与74LS197、74LS191是完全不一样的 实验五555定时器及其应用 1.施密特触发器

实验三 Matlab的数字调制系统仿真实验(参考)

成都理工大学实验报告 课程名称:数字通信原理 姓名:__________________学号:______________ 成绩:____ ___ 实验三Matlab的数字调制系统仿真实验(参考) 1 数字调制系统的相关原理 数字调制可以分为二进制调制和多进制调制,多进制调制是二进制调制的推广,主要讨论二进制的调制与解调,简单讨论一下多进制调制中的差分相位键控调制(M-DPSK)。 最常见的二进制数字调制方式有二进制振幅键控(2-ASK)、移频键控(2-FSK)和移相键控(2-PSK 和2-DPSK)。下面是这几种调制方式的相关原理。 1.1 二进制幅度键控(2-ASK) 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1 或0 的控制下通或断,在信号为1 的状态载波接通,此时传输信道上有载波出现;在信号为0 的状态下,载波被关断,此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1 和0。 幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的,其最简单的形式是,载波在二进制调制信号控制下通断,此时又可称作开关键控法(OOK)。多电平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式,但由于它的抗噪声能力较差,尤其是抗衰落的能力不强,因而一般只适宜在恒参信道下采用。 2-ASK 信号功率谱密度的特点如下: (1)由连续谱和离散谱两部分构成;连续谱由传号的波形g(t)经线性调制后决定,离散谱由载波分量决定; (2)已调信号的带宽是基带脉冲波形带宽的二倍。 1.2 二进制频移键控(2-FSK) 数字频率调制又称频移键控(FSK),二进制频移键控记作2FSK。数字频移键控是用载波的频率来传送数字消息,即用所传送的数字消息控制载波的频率。2FSK

单缝衍射实验讲义

光的衍射实验 实 验 说 明 书 北京方式科技有限责任公司

光的衍射实验 衍射和干涉一样,也是波动的重要特征之一。波在传播过程中遇到障碍物时,能够绕过障碍物的边缘前进。这种偏离直线传播的现象称为波的衍射现象。波的衍射现象可以用惠更斯原理作定性说明,但不能解释光的衍射图样中光强的分布。菲涅耳发展了惠更斯原理,为衍射理论奠定了基础。菲涅耳假定:波在传播过程中,从同一波阵面上各点发出的子波,经传播而在空间相遇时,产生相干叠加。这个发展了的惠更斯原理称为惠更斯-菲涅耳原理 【实验目的】 1.研究单缝夫琅禾费衍射的光强分布; 2.观察双缝衍射和单缝衍射之间的异同,并测定其光强分布,加深对衍射理论的了解; 3.学习使用光电元件进行光强相对测量的方法。 【实验仪器】 缝元件、光学实验导轨、半导体激光器、激光功率指示计、白屏、大一维位移架、十二档光探头。【实验原理】 (一)产生夫琅禾费衍射的各种光路 夫琅禾费衍射的定义是:当光源S和接收屏∑都距离衍射屏D无限远(或相当于无限远)时,在接收屏处由光源及衍射屏产生的衍射为夫琅禾费衍射。但是把S和∑放在无限远,实验上是办不到的。在实验中常常借助于正透镜来实现,实际接收夫琅和费衍射的装置有下列四种。 1.焦面接收装置(以单缝衍射为例来说明,下同) 把点光源S放在凸透镜L1的前焦点上,在凸透镜L2的后焦面上接收衍射场(图1) 2.远场接收装置 在满足远场条件下,狭缝前后也可以不用透镜,而获得夫琅禾费衍射图样。远场条件是:①光源 离狭缝很远,即 λ42 a R>>,其中R为光源到狭缝的距离,a为狭缝的宽度;②接收屏离狭缝足够远,

即λ42a Z >>,Z 为狭缝与接收屏的距离。(至于观察点P ,在λ 42 a Z >>的条件下,只要要求P 满足傍 轴条件。)图2为远场接收的光路,其中假定一束平行光垂直投射在衍射屏上。 如图1所示,从光源S 出发经透镜L 1形成的平行光束垂直照射到缝宽为a 的狭缝D 上,根据惠更斯-菲涅耳原理,狭缝上各点都可看成是发射子波的新 波源,子波在L 2的后焦面上叠加形成一组明暗相间的条纹,中央条纹最亮亦最宽。 (二)夫琅禾费衍射图样的规律 1.单缝的夫琅禾费衍射 实验中以半导体激光器作光源。由于激光束具有良好的方向性,平行度很高,因而可省去准直透镜L 1。并且,若使观察屏远离狭缝,缝的宽度远远小于缝到屏的距离(即满足远场条件),则透镜L 2也可省略。简化后的光路如图3所示。实验证明,当Z 约等于100cm ,a 约等于8?10-3cm 时,便可以得到比较满意的衍射花样。 图3中,设屏幕上P 0(P 0位于光轴上)处是中央亮条纹的中心,其光强为I 0,屏幕上与光轴成θ角(θ在光轴上方为正,下方为负)的P θ处的光强为I θ,则理论计算得出: 2 20 sin β β θI I = (1) 其中 λ θ πβs i n a = 式中θ为衍射角,λ为单色光的波长,a 为狭缝宽度,由式(1)可以得到: (1) 当0=β即(0=θ)时,0I I =θ,光强最大,称为中央主极大。在其他条件不变的情况下, 此光强最大值I 0与狭缝宽度a 的平方成正比。

基于Matlab的夫琅禾费衍射光学仿真

基于Matlab的夫琅禾费衍射光学仿真 摘要计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础,以计算机及其相应的软件为工具,通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真早期称为蒙特卡罗方法,是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。 关键词:计算机仿真夫琅禾费衍射Matlab Fraunhofer Diffraction Optical Simulation Based on Matlab Abstract The computer simulation technology is based on a variety of disciplines and theoretical, with the computer and the corresponding software tools, we can analyze the virtual experimentation and solve the problem of a comprehensive technology. Computer simulation of early known as the Monte Carlo method, is a random problem solved using the method of random number test. Key words:Computer simulation Fraunhofer diffraction Matlab 一、引言

计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础,以计算机及其相应的软件为工具,通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真早期称为蒙特卡罗方法,是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同,计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟-数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机;60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中。到了70年代模拟-数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域;80年代后由于并行处理技术的发展,数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在,计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 计算机仿真的三个基本活动: 1. 数学模型建立:实际上是一个模型辩识的过程。所建模型常常是忽略了一些次要因素的简化模型。 2. 仿真模型建立:即是设计一种算法,以使系统模型能被计算机接受并能在计算机上运行。显然,由于在算法设计上存在着误差,所以仿真模型对于实际系统将是一个二次简化模型。 3. 仿真实验:即是对模型的运算。需要设计一个合理的、服务于系统研究的仿真软件。 二、本文的主要工作 本文主要使用matlab语言进行光学实验仿真,通过Matlab软

数字电路仿真实验报告

数字逻辑与CPU 仿真实验报告 姓名: 班级: 学号:

仿真实验 摘要:Multisim是Interactive Image Technologies公司推出的以Windows为基础的仿真工具,具有丰富的仿真分析能力。本次仿真实验便是基于Multisim软件平台对数字逻辑电路的深入研究,包括了对组合逻辑电路、时序逻辑电路中各集成元件的功能仿真与验证、对各电路的功能分析以及自行设计等等。 一、组合逻辑电路的分析与设计 1、实验目的 (1)掌握用逻辑转换器进行逻辑电路分析与设计的方法。 (2)熟悉数字逻辑功能的显示方法以及单刀双掷开关的应用。 (3)熟悉字信号发生器、逻辑分析仪的使用方法。 2、实验内容和步骤 (1)采用逻辑分析仪进行四舍五入电路的设计 ①运行Multisim,新建一个电路文件,保存为四舍五入电路设计。 ②在仪表工具栏中跳出逻辑变换器XLC1。 图1-1 逻辑变换器以及其面板 ③双击图标XLC1,其出现面板如图1-1所示 ④依次点击输入变量,并分别列出实现四舍五入功能所对应的输出状态(点击输出依 次得到0、1、x状态)。 ⑤点击右侧不同的按钮,得到输出变量与输入变量之间的函数关系式、简化的表达式、 电路图及非门实现的逻辑电路。 ⑥记录不同的转换结果。

(2)分析图1-2所示代码转换电路的逻辑功能 ①运行Multisim,新建一个电路文件,保存为代码转换电路。 ②从元器件库中选取所需元器件,放置在电路工作区。 ?从TTL工具栏选取74LS83D放置在电路图编辑窗口中。 ?从Source库取电源Vcc和数字地。 ?从Indictors库选取字符显示器。 ?从Basic库Switch按钮选取单刀双掷开关SPD1,双击开关,开关的键盘控制设 置改为A。后面同理,分别改为B、C、D。 图1-2 代码转换电路 ③将元件连接成图1-2所示的电路。 ④闭合仿真开关,分别按键盘A、B、C、D改变输入变量状态,将显示器件的结果填 入表1-1中。 ⑤说明该电路的逻辑功能。 表1-1 代码转换电路输入输出对应表

夫琅禾费矩孔衍射的特征及其MATLAB模拟_图文(精)

收稿日期:2005-11-25 作者简介:蓝海江(1963—,男(壮族,广西柳城人,副教授,研究方向:基础物理及计算机应用;潘晓明(1973—,男(苗族,广西融水人,讲师,研究方向:计算机应用;吴建生(1974—,陕西咸阳人,硕士,讲师,研究方向:神经网络应用及智能优化算法。 第21卷第1期2006年3月柳州师专学报Journal of L iuzhou Teachers College Vol .21No .1Mar .2006 夫琅禾费矩孔衍射的特征及其MAT LAB 模拟 蓝海江a ,潘晓明a ,吴建生 b (柳州师范高等专科学校a .物理与信息科学系;b .数学与计算机科学系,广西柳州545004 摘要:探讨了夫琅禾费矩孔衍射的特征,并利用MAT LAB 对其进行模拟。经过比较,MAT LAB 模拟结果与实验观测的结果非常吻合。 关键词:光学;夫琅禾费;矩孔;衍射;MAT LAB 模拟 中图分类号:O436.1文献标识码:A 文章编号:1003-7020(200601-0111-04 1引言许多的基础光学教材[1][2]在讨论夫琅禾费衍射时,都只是对夫琅禾费单逢衍射进行讨论,对夫琅禾费矩孔衍射则没有提及;对于夫琅禾费衍射实验,由于受到实验课时等因素的限制,即便是刚出版的大学物理实验教材 [3][4]

也只是要求 学生对夫琅禾费单逢衍射进行观测和研究,而对夫琅禾费矩孔衍射实验则不做具体要求.其实,夫琅禾费单逢衍射只不过是矩孔衍射的特例而已,对夫琅禾费矩孔衍射进行探讨和研究,可加深对夫琅禾费衍射的认识和理解. 本文利用MAT LAB 强大的运算及作图功能模拟夫琅禾费矩孔衍射,不仅参数很容易调节、模拟结果直观,而且与实验观测结果也非常吻合. 2夫琅禾费矩孔衍射 2.1夫琅禾费矩孔衍射实验装置 夫琅禾费矩孔衍射实验装置如图1所示.设用于夫琅禾费矩孔衍射实验的光源为单色光源.实验时,让平行光垂直入射到矩孔上,在矩孔后置一焦距为f 的会聚透镜,在透镜的象方焦平面上放置观测屏,则在屏上会观测到夫琅禾费矩孔衍射图样

实验十五夫琅禾费圆孔衍射湖州师范学院

实验十五 夫琅和费圆孔衍射 实验目的 1、了解圆孔的夫琅和费衍射现象。 2、掌握用衍射测圆孔的直径的方法。 实验装置(图15-1) 1:钠灯 2:小孔(φ1mm ) 3:衍射孔(φ0.2-0.5mm ) 4:三维调节干版架 (SZ-18) 7:测微目镜 8:光源二维调节架 (SZ-19) 9:三维平移底座(SZ-01) 10:二维平移底座 (SZ-02)

衍射图样为图15-3: 图15-3 经理论推导的衍射的光强分布为: 2 10))(2(m m J I I = λθπ=/sin 2a m ,是一阶贝塞耳函数。 )(1m J 圆孔衍射的第一暗纹的条件:a λ = θ61.0sin 则中央零级亮纹斑(爱里斑)的角半径: a /61.0λ≈θΔ 线半径:f a l ′?λ=/61.02 爱里斑的直径:λ′ =a f e 22.1 实验中,已知波长,透镜焦距ο A 5893=λf ′,圆孔半径a ,用测微目镜测出爱 里斑的直径,从而验证公式λ′ =a f e 22.1 实验内容 1、调整光路,调节衍射条纹。 2、用测微目镜则出爱里斑的直径。 3、验证公式λ′ =a f e 22.1 4、改变圆孔的半径a ,进一步测量和验证。

实验步骤 1)参照图15-1沿平台米尺安排各器件,调节共轴,获得衍射图样。 2)在黑暗环境用测微目镜测量艾里斑的直径e ,据已知波长(λ=589.3nm )、 衍射小孔半径a 和物镜焦距f’,可验证公式λa f e ' 22.1= 实验注意事项 1、圆孔不能太大。 2、观察在焦平面上观察。 3、测圆斑的直径时圆心要选准并两边相切。 4、测量时要避免回程误差。 实验讨论思考题 1、请证明圆孔的夫琅和费衍射的光强分布为:2 10))(2(m m J I I = 2、当圆孔直径增大或减小时,衍射条纹如何变化? 3、当入射光的波长改变时,衍射条纹如何变化? 4、如果透镜L 不放,衍射结果如何?

关于夫琅禾费单缝衍射实验教学研究的文献综述

关于夫琅禾费单缝衍射实验教学研究的文献综述 1引言 光的衍射现象是光波动性的一个主要标志,也是光波在传播过程中的最重要 属性之一,光的衍射在近代科学技术中占有极其重要的地位。光的单缝衍射实验 是光学中非常重要的一个实验,但是在实验教材描述比较简单,学生未能全面掌 握操作技巧,实验时存在一些重要的实际操作问题,在教学中学生经常会遇到一 些容易忽视但又十分重要的问题。通过对夫琅禾费单缝衍射实验前的实验设计、 实验过程中的控制和监视、实验后数据的深入分析,不仅为学生掌握衍射方面的 知识提供准确的实验参考依据,为教师教学质量的提高起到一定的作用,而且也 可以为学生实验提供实验参考,提高实验的效率,培养学生的实验操作能力,分 析和探究问题的能力。 2研究的发展与现状 2.1夫琅禾费衍射发展与现状 关于光发生的衍射的具体机理及规律,惠更斯提出了次波说,惠更斯认为: 任何时刻波面上的没一点都可以作为次波的波源,各自发出的球面次波;在以后 的任何时刻,所有这些次波波面的包络面形成整个波在该时刻的新的波面。但是 惠更斯次波说不涉及波的时空周期特性—波长、振幅和相位,因而不能说明在障 碍物的边缘波的传播方向偏离直线的现象。菲涅耳对惠更斯的原理进行了改进, 补充描述了次波的基本特性—振幅和相位的定量表达式,并增加了“次波相干叠 加”的原理,以严密的数学,推导出严密的数学推理导出了菲涅耳衍射积分,发 展成为了惠更斯—菲涅耳原理,但是由于此积分式相当复杂,历史上对于此积分 的进一步研究,只是选取了几种几何形状较简单的开孔和障碍物,并且是在相对 于孔径法线对称的前提下来进行推导和演示的,如:单缝、圆孔、园屏等,结果 能圆满地解释光的衍射现象。 麦克斯韦在1865年的理论研究中指出,电磁波以光速传播,说明光是一中 电磁现象。这个理论在1888年赫兹在实验室证实。至此,确立的光的电磁理论 基础,光的电磁理论发展起来后,基尔霍夫从波的微分方程出发,利用场论中的格林函数得到了基尔霍夫衍射公式:01 (P )(G U )4U G U ds n n π∑ ??=-???? ,基尔霍夫衍射公式可以给出与实际符合很好的结果,因而在实际中得到广泛的应用。上世 纪六十年代激光的出现,数学中的傅里叶和通讯中的线性系统理论引入光学,使 得我们对许多光学现象的内在联系从理论上上级数学方法上获得更加系统的理 解。成为目前迅速发展的光学信息处理、像质评价、成像理论的基础。 光学研究的发展完全符合:实验—假说—理论—实验的认知规律。正确的理

(完整版)基于QuartusII的数字电路仿真实验报告手册

数字电路仿真实验报告 班级通信二班姓名:孔晓悦学号:10082207 作业完成后,以班级为单位,班长或课代表收集齐电子版实验报告,统一提交. 文件命名规则如“通1_王五_学号” 一、实验目的 1. 熟悉译码器、数据选择器、计数器等中规模数字集成电路(MSI)的逻辑功能及其使 用方法。 2. 掌握用中规模继承电路构成逻辑电路的设计方法。 3. 了解EDA软件平台Quartus II的使用方法及主要功能。 二、预习要求 1. 复习数据选择器、译码器、计数器等数字集成器件的工作原理。 2. 熟悉所有器件74LS153、74LS138、74LS161的功能及外引线排列。 3.完成本实验规定的逻辑电路设计项目,并画出接线图,列出有关的真值表。 三、实验基本原理 1.译码器 译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的高、低电平信号。译码器按功能可分为两大类,即通用译码器和显示译码器。通用译码器又包括变量译码器和代码变换译码器。 变量译码器是一种完全译码器,它将一系列输入代码转换成预知一一对应的有效信号。 这种译码器可称为唯一地址译码器。如3线—8线、4线—16线译码器等。 显示译码器用来将数字或文字、符号的代码译成相应的数字、文字、符号的电路。如BCD-七段显示译码器等。 2.数据选择器 数据选择器也陈伟多路选择器或多路开关,其基本功能是:在选择输入(又称地址输入)信号的控制下,从多路输入数据中选择某一路数据作为输出。因此,数据选择器实现的是时分多路输入电路中发送端电子开关的功能,故又称为复用器。一般数据选择器有n 个地址输入端,2n错误!未找到引用源。个数据输入端,一个数据输出端或反码数据输出端,同时还有选通端。目前常用的数据选择器有2选1、4选1、8选1、16选1等多种类型。 3.计数器 计数器是一个庸医实现技术功能的时序部件,它不仅可以用来对脉冲计数,还常用作数字系统的定时、分频、执行数字运算以及其他一些特定的逻辑功能。 74LS161是4位同步二进制计数器,它除了具有二进制加法计数功能外,还具有预置数、保质和异步置零等附加功能。 四、实验内容

实验一夫琅和费单缝衍射实验

实验一 夫琅和费单缝衍射实验 1实验目的 1)观察单缝夫琅和费衍射现象,加深对夫琅和费衍射理论的理解。; 2)会用光电元件测量单缝夫琅和费衍射的相对光强分布,掌握单缝夫琅和费衍射图样的特点及规律; 3)探讨利用夫琅和费单缝衍射规律对狭缝缝宽等参数进行测量。 2实验仪器 1)GDS-Ⅱ型光电综合实验平台主机; 2) 650nm波长半导体激光光源; 3)可调宽度的狭缝; 4)50mm焦距的凸透镜; 5)二维调整架; 6)通用磁性表座; 7)接收屏; 8)衰减片; 9)硅光电池及A/D转换装置、CCD 3实验原理 光束通过被测物体传播时将产生“衍射”现象,在屏幕上形成光强有规则分布的光斑。这些光斑条纹称为衍射图样。衍射图样和衍射物(即障碍物或孔)的尺寸以及光学系统的参数有关,因此根据衍射图样及其变化就可确定衍射物(被测物)的尺寸。 按光源、衍射物和观察衍射条纹的屏幕三者之间的位置可以将光的衍射现象分为两类:菲涅耳衍射(有限距离处的衍射);夫琅和费衍射(无限远距离处的衍射)。若入射光和衍射光都是平行光束,就好似光源和观察屏到衍射物的距离为无限远,产生夫琅和费衍射。由于夫琅和费衍射的理论分析较为简单,所以先论夫琅和费衍射。 半导体激光器发出相当于平行单色光的光束垂直照射到宽度为b的狭缝AB,经透镜在其焦平面处的屏幕上形成夫琅和费衍射图样。若衍射角为?的一束平行光经透镜后聚焦在屏幕上P点,如图4.9-1所示,图中AC垂直BC,因此衍射角为?的光线从狭缝A、B两边到达P点的光程差,即它们的两条边缘光线之间的光程差为 ? BC=(1) b sin p点干涉条纹的亮暗由BC值决定,用数学式表示如下:

夫琅禾费衍射的Matlab仿真

夫琅禾费衍射的Matlab仿真 110512班 11051057 李陟凌 夫琅禾费衍射,是认为光源和观察屏离衍射屏(孔)处于无穷远处的衍射现象。实验装置如图: S为单色点光源,放置在透镜L1的物方焦点处,所得平行光垂直入射到障碍物,借助于透镜L2将无穷远处的衍射图样移至L2的像方焦面上观察。 若障碍物为单缝,设缝宽度为a ,观察屏上点P与透镜L2光心连线的方位角为θ,由几何成像理论,此角正好也是相应平面波分量的方位角。若取入射光波长为λ,透镜L2的焦距为f,根据惠更斯- 菲涅耳原理,可得单缝夫琅禾费衍射强度分布公式为: I=I0sin2α 2 (公式1) 式中I 0为接收屏中央的强度,α=θ 2 =πasinθ λ 。 阿贝成像原理的演示实验中提及到夫琅禾费衍射,然而没有相应的演示实验装置,由此我产生了用数学软件模拟其衍射图样的想法。根据公式1,代入λ、a、θ等值,就可以得到接收屏每一点的光强度值,调用imagesc()函数就可以得到干涉条纹样。但这种方法只适用于单缝等简单情况。为了模拟较复杂的二维孔洞产生的衍射图样,我查阅了资料,得到如下的方法: 设衍射屏的振幅透射系数为t(x,y),根据菲涅耳——基尔霍夫衍射积分,若观察平面到衍射屏的距离z 满足如下近似条件: 则在单位振幅的相干平面光波照射下,可得衍射屏的夫琅禾费衍射光场复振

幅及强度分布分别为: 式中T = F[t(x,y)]表示衍射屏振幅透射系数t(x,y)的傅里叶变换。上式表明,在单位振幅的相干平面光波照射下,夫琅禾费衍射光场的复振幅分布正比于衍射屏振幅透射系数的傅里叶交换;衍射光场复振幅表达式中的相位因子并不影响观察屏上衍射图样的强度分布,若略去常系数,则衍射图样的强度分布直接等于衍射屏透射光场复振幅的傅里叶变换的模值平方。 将衍射屏制作成输入图像,用imread()函数读入,然后利用傅里叶变换函数fft2()对其进行傅里叶变换,得到其傅里叶频谱。由函数fft2()实现的傅里叶变换频谱的直流分量位于图像的左上角,而由透镜实现的光学傅里叶变换的直流分量位于图像中心。因此,为了得到模拟的光学傅里叶变换,需调用函数fftshift()将零频移到频谱中心。 Matlab程序如下:

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