基于Matlab的光学干涉现象仿真

基于Matlab的光学干涉现象仿真

【摘 要】为了提高光学课程教学效果，采用Matlab编程对光学现象进行模拟仿真。文中以等倾干涉为例，实现了对其干涉条纹和光强分布的模拟演示，实验结果表明：该方法直观形象地展示了光学过程，有利于学生更好地理解相关物理概念，为教学内容和教学手段提供了一条新思路。

【关键词】光学；干涉；Matlab；仿真

０ 引言

光学是大学物理学专业的一门重要基础课程，其中光的干涉既是光学的重要内容，也是教学的难点，由于该部分概念繁多、内容抽象、对实验依赖性大，学生对相关光学图像和物理规律的理解有一定困难，直接影响了学生的学习效果和兴趣[1-5]。当然，可以通过改善实验条件来加强教学效果，但是传统的实验长期受到各种条件的限制，如光学仪器价格昂贵，精确度要求较高，对环境要求苛刻，操作难度大等，学校往往无法实现人均一台，同时传统实验还受到实验场地和时间安排的限制。因此，如何在有限的教学课堂内，培养学生学习光学课程的兴趣，使学生全面深入理解光学规律，并形成直观的物理图像，是光学教学中的难题。

近年来随着信息技术的快速发展和广泛应用，为上述问题的解决提供了可能，各类CAI软件应运而生，给光学研究和教学带来了极大的方便，然而笔者发现，目前的大部分实验仿真程序是由VB、C、Fortran等高级语言编写。使用这些语言编程，要求编者具有良好的计算机编程能力，且耗时较长。Matlab是Mathworks公司于20世纪80年代推出的一款大型科学计算软件，历经多年发展，现在已发展成为集数值分析、符号运算、可视化等诸多功能为一体的科学与工程软件[6-8]。为此，本文以光学等倾干涉现象的仿真为例介绍Matlab在光学教学中的应用。

1 等倾干涉原理

扩展光源上一点S发出的一束光照射到薄膜表面上，经薄膜的上、下表面反射与折射后，在透镜的后焦平面P点产生干涉，如图1所示，由于干涉条纹与入射角有关，因此，称其为等倾干涉。

图1 等倾干涉装置图

由光学干涉理论可知，等倾干涉的光强分布可表示为[9]：

I=I0cos2[2πd] （1）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8uka.html