菲涅尔圆孔衍射仿真实验

菲涅尔圆孔衍射光强测定的实验分析

xx

（xx学院物理系 10级物理2班 云南 玉溪 653100）

指导教师：xx

摘要：本文主要分析了菲涅尔圆孔衍射图样的特点，设计实验对光强分布规律进行验证，通过

对比证明理论值与实际值之间存在一定偏差。

关键词：菲涅尔圆孔衍射；光强

1.引言

“衍射”是生活中一种普遍的光学现象，但不常被人们发现和熟知。光的衍射现象是光的波动性的重要体现。姚启钧先生在第四版《光学教程》中指出，衍射是指光在传播过程中遇到障碍物，会绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影，并在屏幕上出现光强分布不均匀的现象，这种现象我们就将其称为光的衍射[1]。衍射又可根据障碍物到光源和考察点到障碍物的距离的不同分为两种，障碍物到光源和考察点的距离都是有限的，或其中之一为有限，这就称为菲涅尔衍射，又称近场衍射，另一种是障碍物到光源和考察点的距离可以认为是无限远的，则称为夫琅禾费衍射，又称远场衍射[1]。

衍射实验大多集中在夫琅禾费衍射的研究，直到近些年对菲涅尔衍射光强测定的探究才日益多了起来。顾永建曾对菲涅尔圆孔衍射中心场点光强的表示方法和分布特点做出过研究，其分别从矢量图解法和积分法推导出菲涅尔圆孔衍射中心场点的光强的表示方法和分布特点

[2]

。侯秀梅，郭茂田，

南京航空航天大学

题目： 高等光学期末报告

基于Matlab的单缝菲涅尔衍射实验仿真

学 院 专 业 姓 名 学 号

2014 年 12 月 30 日- 1 -

基于Matlab的菲涅尔衍射仿真

摘 要

光学试验中衍射实验是非常重要的实验. 光的衍射是指光在传播过程中遇

到障碍物时能够绕过障碍物的边缘前进的现象, 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据. 衍射系统一般有光源、衍射屏和接受屏组成, 按照它们相互距离的大小可将衍射分为两大类, 一类是衍射屏与光源和接受屏的距离都是无穷远时的衍射, 称为夫琅禾费衍射, 一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射称为菲涅尔衍射。

本文用Matlab软件主要针对单缝菲涅尔衍射现象建立了数学模型，对衍射光强分布进行了编程运算，对衍射实验进行了仿真。

关键字：Matlab；单缝菲涅尔衍射；仿真;光学实验

Abstract

Optical diffraction experiment is a very important exp

基于Matlab的矩孔菲涅尔衍射仿真

摘要

光学试验中衍射实验是非常重要的实验. 光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物时能够绕过障碍物的边缘前进的现象, 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据. 衍射系统一般有光源、衍射屏和接受屏组成, 按照它们相互距离的大小可将衍射分为两大类, 一类是衍射屏与光源和接受屏的距离都是无穷远时的衍射, 称为夫琅禾费衍射, 一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射称为菲涅尔衍射。

本文用Matlab软件主要针对矩孔菲涅尔衍射现象建立了数学模型，对衍射光强分布进行了编程运算，对衍射实验进行了仿真。

关键字：Matlab；矩孔菲涅尔衍射；仿真;光学实验

Abstract

Optical diffraction experiment is a very important experiment. is the diffraction of light propagation of light in the obstacles encountered in the process to bypass the obstacles when the forward edge of the phenomeno

全息光栅制作方法的设计和研究

全息光学元件（HOE）是指采用全息方法（包括计算全息方法）制作的，可以完成准直、 聚焦、分束、成像、光束偏转光束扫描等功能的元件。在完成上述功能时，它不是基于光的反射和规律折射，而是基于光的衍射和干涉原理。所以全息光学元件又称为衍射元件。常用的全息光学元件包括全息透镜、全息光栅和全息空间滤波器等。全息光栅是一种重要的分光元件。作为光谱分光元件，与传统的刻划光栅相比，具有以 下优点：光谱中无鬼线、杂散光少、分辨率高、有效孔径大、生产效率高、价格便宜等，已 广泛应用于各种光栅光谱仪中，供科研、教学、产品开发之用。作为光束分束器件，在集成 光学和光通信中用作光束分束器、光互连器、耦合器和偏转器等。在光信息处理中，可作为 滤波器用于图像相减、边沿增强等。本实验主要进行平面全息光栅的设计和制作实验。

一. 实验目的

1.学习掌握制作全息光栅的原理和方法。

2.学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。

3.设计制作全息光栅并测出其光栅常数（要求所制作的光栅不少于100条/毫米）

二、 实验原理

1．全息光栅

全息光学元件是指基于光的衍射和干涉原理，采用全息方法制作的，可以完成准直、聚焦、分束、成像、光束偏转、光

基于Matlab的矩孔菲涅尔衍射仿真

摘要

光学试验中衍射实验是非常重要的实验. 光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物时能够绕过障碍物的边缘前进的现象, 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据. 衍射系统一般有光源、衍射屏和接受屏组成, 按照它们相互距离的大小可将衍射分为两大类, 一类是衍射屏与光源和接受屏的距离都是无穷远时的衍射, 称为夫琅禾费衍射, 一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射称为菲涅尔衍射。

本文用Matlab软件主要针对矩孔菲涅尔衍射现象建立了数学模型，对衍射光强分布进行了编程运算，对衍射实验进行了仿真。

关键字：Matlab；矩孔菲涅尔衍射；仿真;光学实验

Abstract

Optical diffraction experiment is a very important experiment. is the diffraction of light propagation of light in the obstacles encountered in the process to bypass the obstacles when the forward edge of the phenomeno

3.17：

在计算机上用如下方法产生随机信号u(n)观测样本：首先产生一段零均值、方差为σ的复高斯白噪声序列v(n)；然后在v(n)上叠加三个复正弦信号，它们的归一化频率分别是

2

f1=0.15、f2=0.17和f3=0.26。调整σ和正弦信号的幅度，使在f1、f2和f3处的信噪比分别为30dB、30dB和27dB。

（1）令信号观测样本长度N=32，试用3.1.1节讨论的基于FFT的自相关函数快速计算方法估计出自相关函数r?0(m)，并与教材式（3.1.2）估计出的自相关函数r?(m)作比较。

（2）令信号观测样本长度N=256，试分别用BT法和周期图法估计u(n)的功率谱，这里设BT法中所用自相关函数的单边长度M=64。

（3）令信号观测样本长度N=256，试用Levinson-Durbin迭代算法求解AR模型的系数并估计u(n)的功率谱，模型的阶数取为p=16。 (1)程序如下：

N=32;

noise=(randn(1,N)+1i*randn(1,N))/sqrt(2); f1=0.15;f2=0.17;f3=0.26;SNR1=30;SNR2=30;SNR3=27; A1=10^(SNR1/20);A2=10^(SNR2/20);A3

《计算机控制技术及仿真》实验指导

攀枝花学院机电工程学院

二○○八年十月

实验1 Matlab环境语法及数学运算

（验证性实验）

一、实验目的

1、掌握 Matlab 软件使用的基本方法；

2、熟悉 Matlab 的数据表示、基本运算方法； 3、熟悉 Matlab 绘图命令及基本绘图控制。

二、实验仪器与软件

1. PC机 1台 2. MATLAB6.X环境

三、实验原理

MATLAB环境是一种为数值计算、数据分析和图形显示服务的交互式的环境。MATLAB有3种窗口，即：命令窗口（The Command Window）、m-文件编辑窗口（The Edit Window）和图形窗口（The Figure Window），而Simulink另外又有Simulink模型编辑窗口。

1．命令窗口（The Command Window）

当MATLAB启动后，出现的最大的窗口就是命令窗口。用户可以在提示符“>>”后面输入交互的命令，这些命令就立即被执行。

在MATLAB中，一连串命令可以放置在一个文件中，不必把它们直接在命令窗口内输入。在命令窗口中输入该文件名，这一

针对各种类型的Fresnel透镜的设计方法,从弧形基面Fresnel透镜的结构设计出发,通过对不同楞型条件的推导,从而获得能够适应各种类型Fresnel透镜结构设计的统一的设计公式。并据此,提出了Fresnel透镜效率计算方法,对目前常用Fresnel透镜的光学效率进行分析对比,对其适用性和优缺点作了定性评价。

第32卷　第6期

2010年3月武　汉　理　工　大　学　学　报JOURNALOFWUHANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.32　No.6　Mar.2010DOI:10.3963/j.issn.167124431.2010.06.016

菲涅尔聚光透镜的一般设计方法及效率分析

李　鹏1,吴贺利1,杨培环1,蔡兰兰1,王利权1,翟鹏程2

(1.武汉理工大学机电工程学院,武汉430070;2.武汉理工大学理学院,武汉430070)

摘　要:　针对各种类型的Fresnel透镜的设计方法,从弧形基面Fresnel透镜的结构设计出发,通过对不同楞型条件的推导,从而获得能够适应各种类型Fresnel透镜结构设计的统一的设计公式。并据此,提出了透镜效率计算方法,对目前常用Fresnel透镜的光学效率进行分析对比,。

关键词:　Fresnel透镜

菲涅耳双棱镜干涉研究性实验报告

摘要

首先，我要说的是我们这次研究性实验报告研究的主方向是改变双棱镜的放置方式（棱的朝向以及双棱镜与中心位置的偏离度）对实验结果的影响，我希望能够通过一些证明来说明放置方式对实验结果的影响，并由此找到出更合适的实验条件。而我发现这个课题的过程有点戏剧化，在预习实验的时候，发现书上的两个图上双棱镜的朝向是不同的，根据书本以及我的猜测，朝向不同的两个情况都能得到干涉条纹，基于这个猜测，这个研究诞生了。

实验原理

1. 菲涅耳双棱镜干涉

（1）基本原理

菲涅耳双棱镜可以看做是由两块底面相接、棱角很小（约为1°）的直角棱镜合成。若置单色光源于双棱镜的正前方，则从射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源的两个虚像及射出的一样。由于和是两个相干光源，所以若在两束光相重叠的区域内放一屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。

现在根据波动理论中的干涉条件来讨论虚光源

和所发出的光在屏上产生的干涉条纹的分布情况。如图所示，设虚光源与的距离为a，D是虚光源到屏的距离。令P为屏上的任意一点，及分别为和到P点的距离，则由和发出的光线到达P点的光程差是：

ΔL

＝

令得

和分别为和在屏上的投影，O为 的中点，并设OP＝x，则从

发学生学习兴趣的方法很多。中学生对刑侦主题

到了前所未有的充实和拓宽。实验教学也应该与时俱进，让中学生在实验中体会前沿科学知识，感

影视剧或者文章等有着浓厚的兴趣，将扣人心弦

的破案故事情境和生动、直观的实验情境融合，无疑会激发他们对科学长久的学习兴趣和主动学习的积极性。因此建议科学教师开展实验教学，不仅以验证单纯的科学知识和训练动手技能为目 标，还应和具体情境与应用联系起来，引领学生挖掘科学实验的真正意义。 ( 2 )科学实验教学需要体现综合性知识的渗透和综合性思维的训练

悟各类变化中的神奇现象，感悟实验表征的意义。法庭科学实验是实现这一想法的极佳载体。中学

可以通过基于数字化实验的传感器技术模拟破案的实验过程，也可以通过与高校和科研院所的联系，介绍红外光谱、色谱、热分析等在法证分析方面的应用。对于科学教师，及时地选择性地吸收

这些科技元素，不仅能在科学实验设计时拓宽新思路，更有助于提高教师自身的科学素养。 本文为 2 0 1 2年江苏省高校哲学社会科学研究指导项目“基于学习共同体的科学教育专业师范生职前成长” ( 2 0 1 2 S J D 8 8 0 0 7 9 )、 2 0 1 2年江苏省

综合科学的最大特点就是综合，也就是希望引领学生将自然界作