信息光学matlab仿真

信息光学matlab仿真
信息光学matlab仿真

%圆孔的夫琅禾费衍射:

N=512;

r=3; %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');

% 夫琅禾费衍射的实现过程

L=500;

[X,Y]=meshgrid(linspace(-L/2,L/2,N));

lamda_1=630; % 输入衍射波长;

lamda=lamda_1/1e6

k=2*pi/lamda;

z=1000000; % 衍射屏距离衍射孔的距离h=exp(1j*k*z)*exp((1j*k*(X.^2+Y.^2))/(2*z))/(1j*lamda*z);%脉冲相应

H =fftshift(fft2(h)); %传递函数

B=fftshift(fft2(I)); %孔径频谱

G=fftshift(ifft2(H.*B));

subplot(1,2,2),imshow(log(1+abs(G)),[]);

title('衍射后的图样');

figure

meshz(X,Y,abs(G));

title('夫琅禾费衍射强度分布')

%单缝的夫琅禾费衍射:

N=512;

a=25; % 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

subplot(1,2,1);imshow(I);

title('生成的衍射单缝');

% 夫琅禾费衍射的实现过程

L=500;

[X,Y]=meshgrid(linspace(-L/2,L/2,N));

lamda_1=630; % 输入衍射波长;

lamda=lamda_1/1e6

k=2*pi/lamda;

z=1000000; % 衍射屏距离衍射孔的距离h=exp(1j*k*z)*exp((1j*k*(X.^2+Y.^2))/(2*z))/(1j*lamda*z);%脉冲相应

H =fftshift(fft2(h)); %传递函数

B=fftshift(fft2(I)); %孔径频谱

G=fftshift(ifft2(H.*B));

subplot(1,2,2),imshow(log(1+abs(G)),[]);

title('衍射后的图样');

figure

meshz(X,Y,abs(G));

title('夫琅禾费衍射强度分布')

信息光学复习重要知识点

1.常用的非初等函数:矩形函数、Sinc函数、三角形函数、符号函数、阶跃函数、圆柱函 数。 2.δ函数的定义:a.类似普通函数定义b.序列极限形式定义c.广义函数形式定义 δ函数的性质:a.筛选性质 b.坐标缩放性质 c.可分离变量性 d.与普通函数乘积性质 4.卷积,性质:线性性质、交换律、平移不变性、结合律、坐标缩放性质 5.互相关,两个函数f(x,y)和g(x,y)的互相关定义为含参变量的无穷积分 6.惠更斯-菲涅尔原理:光场中任意给定曲面上的诸面元可以看作是子波源,如果这些子 波源是相干的,则在波继续传播的空间上任意一点处的光振动都可看作是子波源各自发出的子波在该点相干叠加的结果。 7.基尔霍夫理论:在空域中光的传播,把孔径平面上的光场看作点源的集合,观察平面上 的场分布则等于他们所发出的带有不同权重的因子的球面子波的相干叠加。 8.角谱理论:孔径平面和观察平面上的光场分布都可以分别看成是许多不同方向传播的单 色平面波分量的线性组合。 9.点扩散函数:面元的光振动为单位脉冲即δ函数时,这个像场分布函数叫做~。 10.菲涅尔衍射成立的充分条件: 传递函数: 11.泰伯效应:当用单色平面波垂直照明一个具有周期性透过率函数的图片时,发现在该透 明片后的某些距离上出现该周期函数的现象,这种不用透镜就可以对周期物体成像的现象称为~。 12.夫琅禾费衍射: 13.衍射受限系统:不考虑系统的几何像差,仅仅考虑系统的衍射限制。 14.单色信号的复表示:去掉实信号的负频成分,加倍实信号的正频成分。 多色信号的复表示: 16.如果两点处的光扰动相同,两点间的互相干函数将变成自相干函数。 18.光学全息:利用干涉原理,将物体发出的特定光波以干涉条纹的形式记录下来,使物光 波前的全部信息都储存在记录介质中,做记录的干涉条纹图样被称为“全息图”,当用光波照射全息图时,由于衍射原理能能重现出原始物光波,从而形成与原物体逼真的三维像,这个波前记录和重现的过程成为~ 19.+1级波(虚像),-1级波(实像),±1级波(赝像) 20.从物光与参考光的位置是否同轴考虑:同轴全息、离轴全息。 从记录时物体与全息图片的相对位置分类:菲涅尔全息图、像面全息图、傅里叶变换全息图。 从记录介质的厚度考虑:平面全息图、体积全息图。 21.菲涅尔全息图:记录平面位于物体衍射光场的菲涅尔衍射区,物光由物体直接照到底片 上 傅里叶全息图:物体或图像频谱的全息记录。

基于Matlab的光学衍射仿真

基于Matlab的光学衍射实验仿真 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软件对典型的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。最后创建了交互式GUI界面,用户可以通过改变输入参数模拟不同条件下的衍射条纹。 本文对于衍射概念、区别、原理及光强分布编程做了详细全面的介绍 关键字:Matlab;衍射;仿真;GUI界面;光学实验

Matlab-based Simulation of Optical Diffraction Experiment 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 phenomenon of light diffraction phenomenon of the wave theory of light provides a strong Evidence. diffraction systems generally have light, diffraction screen and accept the screen composition, size according to their distance from each other diffraction can be divided into two categories, one is the diffraction screen and the light source and the receiving screen is infinity when the distance between the diffraction Known as Fraunhofer diffraction, one is diffraction screen and the light source or accept a limited away from the screen when the diffraction is called Fresnel diffraction. In this paper, Matlab software on a typical phenomenon of a mathematical model of diffraction, the diffraction intensity distribution of the programming operation, the diffraction experiment is simulated. Finally, create an interactive GUI interface, users can change the input parameters to simulate different conditions of the diffraction pattern. This concept of the diffraction, difference, intensity distribution of programming principles and a detailed comprehensive description Key word: matlab;diffraction; simulation; gui interface; optical experiment

基于matlab干涉系统仿真_

《工程光学》综合性练习一题目:基于matlab的干涉系统仿真 学院精密仪器与光电子工程学院 专业测控技术与仪器

综合练习大作业一 一、要求 3-4人组成小组,对下面给出的各题目利用Matlab等工具进行仿真。 二、仿真题目 1、对于杨氏双缝干涉,改变双缝的缝宽和缝间距,观察干涉图样变化 ①原理图 图中参数 光线波长:lam=500纳米; 双缝距离:d=0.1毫米;(可调) 双缝距接收屏距离:D=1米; 接收屏范围:xs:-0.005~0.005 ys:-0.005~0.005 光源振幅:AI=A2=1; (单位振幅,可调) ②matlab代码: clear; lam=500e-9; %设定波长lam(500纳米) d=0.5e-3; %设定两缝之间距离d(0.5毫米) D=1; %双缝到接收屏距离D(1米) A1=1; %初始两光源均为单位振幅 A2=1; xm=0.005; ym=xm; %接受屏的范围ym,xm(0.01*0.01矩形) n=1001; xs=linspace(-xm,xm,n); %用线性采样法生成两个一位数组xs,ys %(n为总点数) ys=linspace(-ym,ym,n); L1=sqrt((xs-d/2).^2+ys.^2+D^2);%光屏上点(xs,ys)距光源1距离r1 L2=sqrt((xs+d/2).^2+ys.^2+D^2);%光屏上点(xs,ys)距光源2距离r2 E1=A1./sqrt(L1).*exp(1i*L1*2*pi/lam);%光源1在接受屏上复振幅E1 E2=A2./sqrt(L2).*exp(1i*L2*2*pi/lam);%光源2在接受屏上复振幅E2 E=E1+E2; %复振幅叠加为合成振幅E

信息光学技术第五章习题

第五章 习题解答 5.1两束夹角为 θ = 450的平面波在记录平面上产生干涉,已知光波波长为632.8nm ,求对称情况下(两平面波的入射角相等)该平面上记录的全息光栅的空间频率。 答:已知:θ = 450,λ= 632.8nm ,根据平面波相干原理,干涉条纹的空间分布满足关系式 2 d sin (θ/2)= λ 其中d 是干涉条纹间隔。由于两平面波相对于全息干板是对称入射的,故记录 在干板上的全息光栅空间频率为 f x = (1/d )= (1/λ)·2 sin (θ/2)= 1209.5 l /mm 故全息光栅的空间频率为1209.5 l /mm 。 5.2 如图5.33所示,点光源A (0,-40,-150)和B (0,30,-100)发出的球面波在记录平面上产生干涉: x z 图5.33 (5.2题图) (1) 写出两个球面波在记录平面上复振幅分布的表达式; 答:设:点源A 、B 发出的球面波在记录平面上的复振幅分布分别为U A 和U B , 则有 ()[{]}2 2--22 )()()/(e x p e x p A A A A A A y y x x z jk jkz a U += ()[{]}22--22)()()/(exp exp B B B B B B y y x x z jk jkz a U += 其中: x A = x B = 0, y A = -40, z A = -150, y B = 30, z B = -100; a A 、a B 分别是球面波的振幅;k 为波数。 (2) 写出干涉条纹强度分布的表达式; I = |U A +U B |2 = U A ·U A * + U B ·U B * +U A *·U B + U A ·U B *

基于MATLAB的物理光学实验仿真平台构建

毕业设计(论文)开题报告题目:基于Matlab的物理光学实验仿真平台构建 院(系)光电工程学院 专业光信息科学与技术 班级120110 姓名闫武娟 学号120110127 导师刘王云 年月日

开题报告填写要求 1.开题报告作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。 此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成。2.开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)填写并打印(禁止打印在其它纸上后剪贴),完成后应及时交给指导教师审阅。3.开题报告字数应在1500字以上,参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册,其中外文文献至少3篇),文中引用参考文献处应标出文献序号,“参考文献”应按附件中《参考文献“注释格式”》的要求书写。 4.年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写,例:“2005年11月26日”。

这些仿真平台的使用不仅方便了教学,而且也使学生更容易理解物理光实验的基本原理,加深对理论知识的理解与记忆。 2.课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法 2.1课题研究的主要内容 (1). 在光的干涉基本理论基础上,实现两束平面波、球面波的干涉实验,杨氏双缝和杨氏双孔干涉实验,平行平板的等倾干涉实验,楔形平板的等厚干涉实验,牛顿环干涉实验,迈克尔逊干涉实验以及平行平板的多光束干涉实验。 (2). 在菲涅尔衍射及夫琅和费衍射基本理论基础上,实现矩孔、单缝、圆孔、双缝、多缝、平面光栅及闪耀光栅的衍射实验。 2.2 研究方法及方案 物理光学实验可分为两大类:干涉与衍射。光的干涉有光源、干涉装置和干涉图形三个基本要素;衍射分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。光学领域的大部分图像及曲线分布都可以用MATLAB 软件加以计算和实现[16], 以杨氏双缝干涉为例,简述实验方案 杨氏双缝干涉模型是典型的分波面干涉,其干涉装置图如图所示,用一个单缝与一个双缝,从同一波面上分出两个同相位的单色光,进而获得相干光源并观察分析干涉图样。 图1.1杨氏双缝干涉实验装置图 2.2.1数学建模 根据干涉的基本原理,点光源S 发出的光波经双缝分解为次波源S 1、S 2,这两个次波源发出的光波在空间相干叠加,继而在其后的接收屏形成一系列明暗相间的干涉条纹。 设入射光波波长为λ,两个次波源的强度相同,且间距为d (1)位相差的计算: 221)2 (y d x r ++ =222)2 - (y d x r +=(2.1) )(*12r r n -=?(2.2)

工程光学matlab仿真设计

工程光学仿真实验报告 1、氏双缝干涉实验 (1)氏干涉模型 氏双缝干涉实验装置如图1所示: S 发出的光 波射到光屏上的两个小孔S1 和S2 , S1 和S2 相 距很近,且到S 等距;从S1 和S2 分别发散出的光 波是由同一光波分出来的,所以是相干光波,它们在距离光屏为D 的屏幕上叠加,形成一定的干涉图 样。 图1.1 氏双缝干涉 假设S 是单色点光源,考察屏幕上某一点P ,从S1 和S2 发出的光波在该点叠加 产生的光强度为: I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos δ (1-1) 式中, I1 和I2 分别是两光波在屏幕上的光强度, 若实验装置中S1 和S2 两个缝 大小相等, 则有 I1 = I2 =I0 (1-2) δ= 2π(r2 - r1)/λ(1-3) (1-3) 2221)2/(D y d x r +++= (1-4) 2222)2/(D y d x r ++-= (1-5) 可得 xd r r 22 122=- (1-6) 因此光程差:12r r -=? (1-7) 则可以得到条纹的强度变化规律- 强度分布公式: ]/)([cos 1220λπd r r I I -= (1-8) (2)仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda 表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d 表示两缝之间距离 d=d*0.001; Z=0.5; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z 表示

yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的围 Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny是此次采样总点数 %采样的围从- ymax到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny次计算L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end%结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/4.0)*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线title('氏双缝干涉'); (3)仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm

信息光学习题答案

信息光学习题答案 第一章 线性系统分析 1、1 简要说明以下系统就是否有线性与平移不变性、 (1) (2) (3) (4) (5) 解:(1)线性、平移不变; (2)线性、平移不变; (3)非线性、平移不变; (4)线性、平移不变; (5)线性、非平移不变。 1、2 证明 证明:左边=∑∑∑∞ -∞ =∞-∞=∞-∞=-=??? ???-=??? ??-=??? ??n n n n x n x n x x comb )2(2)2(2122δδδ ∑∑∑∑∑∑∞ -∞ =∞ -∞ =∞ -∞=∞ -∞=∞ -∞ =∞ -∞ =--+-= -+-=-+-= +=n n n n n n n n x n x n x jn n x n x x j n x x j x comb x comb ) () 1()() ()exp()() ()exp()()exp()()(δδδπδδπδπ右边 当n 为奇数时,右边=0,当n 为偶数时,右边= 所以当n 为偶数时,左右两边相等。 1、3 证明 证明:根据复合函数形式得δ函数公式 式中就是h (x)=0得根,表示在处得导数.于就是 1、4 计算图题1、1所示得两函数得一维卷积。 解:设卷积为g (x)。当—1≤x≤0时,如图题1、1(a )所示, 图题1、1 当0 < x ≤1时,如图题1、1(b)所示, 即

1、5 计算下列一维卷积。 (1) (2) (3) 解:(1)?? ? ??-=??? ??-*??? ??-=??? ??-*-25.22121232121)32(x rect x rect x x rect x δδ (2)设卷积为g(x),当x ≤0时,如图题1、2(a )所示, 当0 〈 x 时,如图题1、2(b )所示 图题1、2 即 (3) 1、6 已知得傅立叶变换为,试求 (1) (2) 解:设 即 由坐标缩放性质 得 (1)(){}{} )ex p()ex p(/ex p(ex p 2222 2 ξπππππ-=-=-?=-?z y x (2) 1、7 计算积分、(1) (2) 解:应用广义巴塞伐定理可得 (1)3 2)1()1()()()(sin )(sin 1 2 1 2 2 2 = -++=ΛΛ= ???? -∞ ∞ -∞ ∞-ξξξξξξξd d d dx x c x c (2)????????? ?? -Λ+??? ??+Λ=???∞∞ -∞∞-∞ ∞-ξξδξξξδξπd d xdx x c 21)(21)(21cos )(sin 2 1、8 应用卷积定理求得傅里叶变换、 解:{}{}{}?? ? ??*= ?*?=?2)(21)2(sin )(sin )2(sin )(sin ξξrect rect x c x c x c x c

matlab光学仿真

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

圆孔矩孔的菲涅尔衍射模拟(matlab实现)-工程光学(20200607000913)

工程光学综合练习-----圆孔、矩孔的菲涅尔衍射模拟

圆孔和矩孔的菲涅尔衍射模拟 一、原理 由惠更斯-菲涅尔原理可知接收屏上的P点的复振幅可以表示为 其中为衍射屏上的复振幅分布, 为倾斜因子。根据基尔霍夫对此公式的 完善,有 设衍射屏上点的坐标为(x1, y1),接收屏上点的坐标为(x, y),衍射屏与接收屏间距离为z1,当满足菲涅尔近似条件时,即 此时可得到菲涅尔衍射的计算公式 把上式指数项中的二次项展开,并改写成傅里叶变换的形式,可以写成上式为菲涅尔衍射的傅里叶变换表达式,它表明除了积分号前面的一个与 x1、y1无关的振幅和相位因子外,菲涅尔衍射的复振幅分布是孔径平面的复振 幅分布和一个二次相位因子乘积的傅里叶变换。 相对于夫琅和费衍射而言,菲涅尔衍射的观察屏距衍射屏不太远。在菲涅尔衍射中,输入变量和输出变量分别为衍射孔径平面的光场分布和观察平面的光场 以及光强分布,考虑到这三个量都是二维分布,而且Matlab主要应用于矩阵数值运算,所以本程序选择用二维矩阵来存储衍射孔径平面和观察平面的场分布,并分别以矩阵的列数和行数来对应平面的直角坐标值(x, y)以及(x1, y1)。 二、圆孔菲涅尔衍射 用MATLAB分别构造表示衍射屏和接收屏的二维矩阵。注意使两矩阵阶次相同,考虑到运算量的要求,采样点数不能过多,所以每个屏的x和y方向各取200到300点进行运算。根据式(4),选取合适的衍射屏和接收屏尺寸和相距的

距离,模拟结果如下: 取典型的He-Ne激光器波长=632.8nm,固定衍射屏和接收屏尺寸和相距的 距离,分别取不同的圆孔半径,得到以下三组衍射图样,其圆孔半径分别为12mm,20mm,50mm 图 1(r=12mm) 图 2(r=20mm)

光学期中测试

《光学》期中测试 一、单项选择题. (3×10=30分) 1. 如图,S 1、S 2 是两个相干光源,它们到P 点的距离分别 为r 1 和r 2 ,路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 2 ,折射率 为n 1的介质板,路径S 2P 垂直穿过厚度为t 2折射率为n 2 的另一介质板,其余部分可看作真空,这两条路径的 光程差等于 [ B ] (A )(r 2+n 2t 2)-(r 1+n 1t 1); (B )[r 2+(n 2-1)t 2-[r 1+(n 1-1)t 1 ]; (C )(r 2-n 2t 2)-(r 1-n 1t 1); (D )n 2t 2-n 1t 1。 2. 如图所示,折射率为n 2 、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方 的透明介质的折射率分别为n 1和n 3 。已知n 1< n 2 < n 3 λ束①与②的光程差是 [ A ] (A )2 n 2e ; (B ) 2 n 2e - ? λ ; (C ) 2 n 2e - λ ; (D ) 2 n 2e - ? n 2 λ。 3.用白光源进行杨氏双缝干涉实验,若用一个纯红色的滤光片遮盖一条缝,用一个纯蓝色滤光片 遮盖另一条缝,则 [ D ] (A )纹的宽度将发生改变; (B )产生红色和蓝色的两套彩色干涉条纹; (C )干涉条纹的亮度将发生变化; (D )不产生干涉条纹。 4. 把一平凸透镜放在平玻璃上,构成牛顿环装置当平凸透镜慢慢的向上平移时, 由反射光形成的牛顿环 [ B ] (A ) 向中心收缩,条纹间隔变小; (B ) 向中心收缩,环心呈明暗交替变化; (C ) 向外扩张,环心呈明暗交替变化; (D ) 向外扩张,条纹间隔变大。 5.在单缝夫琅和费衍射装置中,将单缝宽度b 稍稍变宽,同时使单缝沿y 轴正方向作为微小位移, 则屏幕上的中央衍射条纹将 [ C ] (A ) 变窄,同时向上移; (B ) 变窄,同时向下移; (C ) 变窄,不移动; (D ) 变宽,同时向上移; (E ) 变宽,不移动。 S S ① 3

信息光学习题答案

信息光学习题答案 信息光学习题答案第一章线性系统分析简要说明以下系统是否有线性和平移不变性. g?x??df?x?;g?x???f?x?dx; dx?g?x??f?x?; g?x??????f????h?x????d?; 2???f???exp??j2????d? 解:线性、平移不变;线性、平移不变;非线性、平移不变;线性、平移不变;线性、非平移不变。证明comb(x)exp(j?x)?comb(x) ???comb????x? ?x??1?证明:左边=comb???????n?????(x?2n)??2??(x?2n) ?2?n????2?n????2?n??????x??2?右边?comb(x)?comb(x)exp(j?x)?? ?n?????(x?n)??exp(j?x)?(x?n)n?????n???? ??(x?n)??exp(jn?)?(x?n)n???? n?????(x?n)??(?1)n???n?(x?n)?当n为奇数时,右边=0,当n为偶数时,右边=

2所以当n为偶数时,左右两边相等。n?????(x?2n) (x) 证明??(sin?x)?comb证明:根据复合函数形式的δ函数公式?[h(x)]??i?1n?(x?xi)h?(xi ),h?(xi)?0 式中xi是h(x)=0的根,h?(xi)表示h(x)在x?xi处的导数。于是??(sin?x)??n?????(x?n)???co mb(x) 1 计算图题所示的两函数的一维卷积。解:设卷积为g(x)。当-1≤x≤0时,如图题(a)所示,g(x)??1?x0(1??)(1?x??)d??111?x?x3 326 图题当0 2??2?2??2?2?2?x?2设卷积为g(x),当x≤0时,如图题(a)所示,g(x)??0d??x?2 当0 2 图题g(x)??d??2?x x2?x?1?2,x?0 g(x)?2?x?1?,x?0?2即g(x)?2??? ?x??2?(x)?rect(x)?1已知exp(??x2)的傅立叶变换为exp(???2),试求?exp?x2???exp?x2/2?2

工程光学matlab仿真

工程光学仿真实验报告1、杨氏双缝干涉实验 (1)杨氏干涉模型 屏 图 , 0(1-8) 2 1 (2)仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d表示两缝之间距离 d=d*0.001; Z=0.5; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z表示 yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的范围

Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny 是此次采样总点数 %采样的范围从- ymax 到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny 次计算 L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end %结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/4.0)*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot 创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线 title('杨氏双缝干涉'); (3)仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm c)双缝间距6mm d)双缝间距8mm 图1.2改变双缝间距的条纹变化 由上面四幅图可以看出,随着双缝之间的距离增大,条纹边缘坐标减小,也就是条纹 间距减小,和理论公式d D e /λ=推导一致。如果增大双缝的缝宽,会使光强I 增加,能够 看到条纹变亮。 二、杨氏双孔干涉实验 1、杨氏双孔干涉 杨氏双孔干涉实验是两个点光源干涉实 验的典型代表。如图2所示。当光穿过这两个 离得很近小孔后在空间叠加后发生干涉, 并 在像屏上呈现出清晰的明暗相间的条纹。 由 于双孔发出的波是两组同频率同相位的球面 波, 故在双孔屏的光射空间会发生干涉。 于是, 在图2中两屏之间的空间里, 如果一点P 处于 两相干的球面波同时到达 波 峰 (或波谷)的位置, 叠加后振幅达到最高, 图2.1 杨氏双孔干涉 表现为干涉波的亮点; 反之, 当P 处处于一个球面波的波峰以及另一个球面波的波谷时候, 叠加后振幅为零,变现是暗纹。

激光物理学

第一章激光的基本概念 §1.1时间相干性和空间相干性 1.相干时间 2.相干面积 3.相干体积 §1.2光波模式和光子状态 1.光波模式 2.光子及其状态 §1.3光与物质的相互作用 1.光与物质相互作用的三过程(自发辐射受激吸收受激辐射)2.爱因斯坦系数间的关系 3.光子简并度 4.激光器与起振条件 第二章腔模理论的一般问题 §2.1变换矩阵 1.变换矩阵的基本性质 2.变换矩阵各元素的意义 §2.2腔的稳定性问题 1.稳定性条件 2.等效方法 §2.3腔的本征模式 §2.4腔的损耗 1. 平均单程损耗因子 2.光子在腔内平均寿命 3.无源谐振腔的品质因数Q 4.本征振荡模式带宽 第三章稳定球面腔 §3.1共焦腔的振荡模 §3.2光斑尺寸和等价共焦腔 §3.3衍射损耗及横模选择 §3.4谐振频率,模体积和远场发散角第四章高斯光束 §4.1 厄米高斯光束和拉盖尔高斯光束§4.2 高斯光束的q参数 第五章非稳定腔 §5.1 非稳定腔的谐振模 §5.2 几何放大率和功率损耗率 §5.3 单端输出虚共焦腔的设计 第六章电磁场和物质相互作用 §6.1 线性函数 1. 定义 2.自然加宽和碰撞加宽N 3. 多普勒加宽

4. 综合加宽 §6.2 速率方程组 1.三能级系统 2.四能级系统 第七章增益饱和与光放大 §7.1 发射截面和吸收截面 §7.2 小信号增益系数 §7.3 均匀加宽工作物质的增益饱和 1. 反转集居数的饱和 2. 均匀加宽大信号增益系数 §7.4 非均匀加宽工作物质的增益饱和 1. 加宽大信号增益系数 2. 强光作用下弱光的增益系数 第八章激光振荡理论 §8.1激光器的振荡阈值,阈值反转集居数密度 §8.2连续激光器或长脉冲激光器的阈值泵浦功率§8.3多模激光器 §8.4 频率牵引 第九章激光的半经典理论 §9.1处理方法 §9.2 密度矩阵 1.定义 2.性质 §9.3 集居数运动方程迭代解 1. 静止原子的单模理论 2. 运动原子的单模理论 3. 静止原子的多模理论 4. 环形激光器 5. 塞曼激光器 第十章激光的量子理论 §10.1 辐射场的量子化 §10.2 相干态 §10.3 相干态的几个性质 §10.4 约化密度矩阵 §10.5 原子和辐射场的相干作用 §10.6 主方程 §10.7 振荡阈值和增益饱和 §10.8 光子统计 §10.9 内禀线宽 §10.10 激光场的光强涨落 第十一章相干光学瞬态效应 §11.1 二能级系统和辐射场相互作用 §11.2 相干瞬态光学过程 §11.3 相干双光子过程

用matlab实现杨氏双缝干涉的实验仿真

用MATLAB实现杨氏双缝干涉实验仿真摘要: 实验室中,做普通光学实验,受到仪器和场所的限制;实验参数的改变引起干涉图样的改变不明显,难以体现实验的特征。本文利用MA TLAB仿真杨氏双缝干涉实验,创建用户界面,实现人机交互,输入不同实验参数,使干涉现象直观表现出来。 关键词: MATLAB;杨氏双缝干涉实验;用户界面设计;程序编写;仿真。 1. 引言: 在计算机迅猛发展的今天,光学实验的仿真越来越多的受科研工作者和教育工作者关注。其应用主要有两个方面:一是科学计算方面,利用仿真实验的结果指导实际实验,减少和避免贵重仪器的损害;二是在光学教学方面,将抽象难懂的光学概念和规律,由仿真实验过程直观的描述,使学生对学习感兴趣。在科学计算方面,国外的光学实验仿真是模拟设计和优化光学系统的过程中发展起来的,在这方面美国走在最前,其中最具代表性的是劳伦斯利和弗莫尔实验光传输模拟计算机软件Prop92及大型总体优化设计软件CHAINOP和PROPSUITE;另外法国也开发完成其具有自身特点的光传输软件Miro。在光学教学方面,国外已有相关的配有光盘演示光学实验的教材。我国用于科学研究的光学实验计算机数值仿真软件随开发较晚,但也已经取得了显著成绩。特别是1999年,神光——III原型装置TLL分系统集成实验的启动为高功率固体激光驱动器的计算机数值模拟的研究创造了条件。目前已基本完成SG99光传输模拟计算软件的开发,推出的标准版本基本能稳定运行。目前该软件已经应用于神光——III主机可行性论证的工作中。计算机仿真具有观测方便,过程可控等优点,可以减少系统对外界条件对实验本身的限制,方便设置不同的参数,借助计算机的高数运算能力,可以反复改变输入的实验条件系统参数,大大提高实验效率。MATLAB是MatlabWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。具有可扩展性,易学易用性,高效性等优势。 通过对目前计算机仿真光学实验的现状和相关研究的分析,本文将用Matlab 编程实现杨氏双缝干涉实验的仿真。利用Matlab GUI建立用户界面,实现人机

Matlab数字衍射光学实验讲义(一)

实验注意事项(必读) 1.没有弄清楚实验内容者,禁止接触实验仪器。 2.注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束,或借助有聚光性的光学组件观察激光束,以免损伤眼睛。 3.注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出,严禁接触电源输出和激光头的输入端,避免触电。 4.注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件(透镜、反射镜、分光镜等)的光学表面;特别是 在调整光路中,要避免手指碰到光学表面。 5.光学支架上的调整螺丝,只可微量调整。过度的调整,不仅损坏器材,且使防震功能大减。 6.实验完成后,将实验所用仪器摆放整齐,清理一下卫生。

Matlab数字衍射光学实验一 计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时,首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值,并让模型中的某些变量在指定的范围内变化,通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中,系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能: 1)计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便,过程可控制等优点; 2)可减少系统外界条件对实验本身的限制,方便地设置不同的系统参数,便于研究和发现系统运动的特性; 3)借助计算机的高速运算能力,可以反复改变输入的实验条件、系统参数,大大提高实验效率。因此.计算机仿真具有良好的可控制性(参数可根据需要调整)、无破坏性(不会因为设计上的不合理导致器件的损坏或事故的发生)、可复现性(排除多种随机因素的影响,如温度、湿度等)、易观察性(能够观察某些在实际实验当中无法或者难以观察的现象和难以实现的测量,捕捉稍纵即逝的物理现象,可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。 Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox(工具箱)的各类问题的求解工具,可用来求解特定学科的问题。Matlab的长处在于数值计算,能处理大量的数据,而且效率比较高。MathWorths公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力,增强了Matlab的市场竞争力,使Matlab成为市场主流的数值计算软件。Matlab产品族支持概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。其主要功能有:数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计、数字图像信号处理、财务工程,建模、仿真、原型开发,应用开发,图形用户界面。 在光学仪器设计和优化过程中,计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算,可以大幅度节省实验所耗费的人力物力,特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下。如在大型激光仪器的建造过程中,结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。仿真光学实验也可应用于基础光学教学。光学内容比较抽象,如不借助实验,很难理解,如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。传统的光学实验需要专门的实验仪器和实验环境。其操作比较烦琐,误差大现象也不明显,对改变参数多次观察现象也多有不便。MATLAB是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。利用它对光学实验仿真可避免传统实验中的缺点,强大的功能使光学实验变得简便准确。基于MATLAB的科学可视化功能对光学仿真实验现象进行计算机模拟的效果更加准确明显。 1.实验目的: 掌握基本的Matlab编程语言,了解其编程特点;模拟几种常用函数,了解其编程过程及图像显示命令函数,掌握Matlab画图方法;通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法;掌握光波的matlab编程原理及方法,初步了解Matlab

圆孔矩孔的菲涅尔衍射模拟(matlab实现)-工程光学.docx

XX大学XXXX学院 工程光学综合练习?…圆孔、矩孔的菲涅尔衍射模拟

圆孔和矩孔的菲涅尔衍射模拟 一、原理 由恵更斯?菲涅尔原理町知接收屏上的 P点的复振幅可以表示为 其中F(Q)为衍射屏上的复振幅分布,K(B)为倾斜因子。根据基尔霍夫对此公式的完善,有 设衍射屏上点的坐标为(χ17yj,接收屏上点的坐标为(χ,y),衍射屏与接收屏间距离为“,当满足菲涅尔近似条件时,即 上式为菲涅尔衍射的傅里叶变换表达式,它表明除了积分号前面的一个与xl、yl无关的振幅和相位因子外,菲涅尔衍射的复振幅分布是孔径平面的复振幅分布和一个二次和位因子乘积的傅里叶变换。 相对于夫琅和费衍射而言,菲涅尔衍射的观察屏距衍射屏不太远。在菲涅尔衍射中,输入变最和输出变最分别为衍射孔径平面的光场分布利观察平面的光场以及光强分布,考虑到这三个量都是二维分布,而且MatIab主要应用于矩阵数值运第所以本程序选择用二维矩阵來存储衍射孔径平面和观察平而的场分布,并分别以矩阵的列数和行数來对应平面的直角坐标值(x,y)以及(x h yι)o 用MATLAB分别构造表示衍射屏和接收屏的二维矩阵。注意使两矩阵阶次相冋,考虑到运算最的要求,釆样点数不能过多,所以每个屏的X和y方向各取200到300点进行运算。根据式(4),选取合适的衍射屏和接收屏尺寸和相距 E(P) = C —K(θ)ciσ 把上式指数项中的二次项展开,并改写成傅里叶变换的形式,可以写成

的距离,模拟结果如下: 取典型的He-Ne激光器波长λ=632.8nm,固定衍射屏和接收屏尺寸和相距的距离,分别取不同的圆孔半径,得到以下三组衍射图样,其圆孔半径分别为12 mm ■ 2Omm, 5Omm 图 1 (r=12mm) 图 2 (r=20mm) 园礼形状 ?J 103 2CD 253 Tn 1DO 2C0 3□□ 衍射园洋 圆孔形状 3C0 2£0 2C0 1∞ 1Γ∩ E O 100 2C0 300 轨射區存 2UJ -200

光学试卷2

《光学》试题 4 页,五道大题,满分为100分,请考生仔细检查,以免漏答。 一、单项选择题(每小题2分,共10分) 1.波长为400nm和800nm的两条谱线的瑞利散射强度之比为: (A)2 (B)16 ( C)4 ( D)32 [] 2.全息照片记录的是 (A) 被拍照物体表面光波光强的分布. (B) 拍照物体表面光波相位的分布. (C) 物光与参考光的干涉图样. (D) 被拍照物体的像. (E) 被摄物体的倒立实像.[] 3.一束自然光以布儒斯特角入射于平板玻璃,则: (A)反射光束是垂直于入射面振动,而透射光束平行于入射面振动,并都为线偏光. (B)反射光束是平行于入射面振动的线偏振光,而透射光束是部分偏振光. (C)反射光束是垂直于入射面振动的线偏振光,而透射光束是部分偏振光. (D)反射光束和透射光束都是部分偏振光. [] 4.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,但中心强度变小.[] 5.仅用一个偏振片观察一束单色光时,发现出射光存在强度为最大的位置(标出此方向MN),但无消光位置.在偏振片前放置一块四分之一波片,且使波片的光轴与标出的方向MN平行,这时旋转偏振片,观察到有消光位置,则这束单色光是 (A) 线偏振光.(B) 椭圆偏振光. (C) 圆偏振光. (D)自然光.

二、填空题(每小题3分,共24分) 1. 能量为2电子伏特的光子频率为 。 (e=1.6310-19 C ,Js h 34 10 63.6-?=) 2. 一束单色光波在折射率为n 的介质中由A 点传播到B 点,位相改变了2π,问光程改变了_______________________。 3. 光栅衍射中,欲使双缝夫琅禾费衍射的中央峰内恰好含有11条干涉条纹,则缝宽和缝间距需要满足什么条件______________________。 4. 用波长λ=632.8nm 的光源照明迈克耳孙干涉仪测量长度时,发现一镜移动一段距离后,干涉条纹移动2000条,这段距离为______________mm 。 5. 如图所示的劈形薄膜,当上表面BB’平行地向上移动时,条纹将向 移动。 6. 用波长为λ的单色光垂直照射折射率为n 2的劈形膜,各部分折射率的关系是n 1<n 2<n 3.观察反射光的干涉条纹,从劈形膜尖开始向右数第5条明条纹中心所对应的厚度e =____________________. 7. 一束单色线偏振光沿光轴方向通过厚度为l 的旋光晶体后,若旋光晶体对该 光的旋光率为α,则线偏振光的振动面发生,旋转的角度的表示式为_________. 8. 激光器的基本结构包括三部分,即________________、______________和 __________________. 8小题,共56分) 6分) 若空气中一均匀球形透明体能将平行光束会聚于其背面的顶点上,此透明体的折射率应等于多少?

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