本科畢業(yè)論文題 目 基于MATLAB的光學(xué)實驗仿真學(xué) 院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 專 業(yè) 物 理 學(xué)（師 范） 年 級 2010級 學(xué) 號 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 成 績 2014年 月 日 目錄摘要 2關(guān)鍵詞 2Abstract 3引 言 3第一章 緒論 51.1 MATLAB的簡介 51.2 MATLAB用于仿真的優(yōu)越性 61.3 光學(xué)實驗仿真研究的意義 81.4 光學(xué)實驗仿真的國內(nèi)外研究狀況 9第二章 光的干涉實驗仿真 102.1 兩束相干光疊加的強度和干涉條紋仿真 102.1.1 建模 102.1.2 MATLAB程序 122.1.3 運行結(jié)果及結(jié)論 132.2 劈尖等厚干涉條紋仿真 142.2.1 建模 142.2.2 MATLAB程序 152.2.3 運行結(jié)果及結(jié)論 162.3 等傾干涉 172.3.1 建模 172.3.2 MATLAB程序 182.3.3 運行結(jié)果及結(jié)論 192.4 牛頓環(huán) 192.4.1 建模 192.4.2 MATLAB程序 212.4.3 運行結(jié)果及結(jié)論 21第三章 光的衍射實驗仿真 233.1 夫瑯禾費單縫衍射 233.1.1 建模 233.1.2 MATLAB程序 233.1.3 運行結(jié)果及結(jié)論 243.2夫瑯禾費光柵衍射 263.2.1 建模 263.2.2 MATLAB程序 263.2.3 運行結(jié)果及結(jié)論 273.3 夫瑯禾費圓孔衍射 293.4 夫瑯禾費矩孔衍射 30第四章 MATLAB GUI設(shè)計在光學(xué)中的應(yīng)用 324.1等傾干涉 32第五章 總結(jié) 41參考文獻 42致謝 43基于MATLAB的光學(xué)實驗仿真楊云標(biāo)西南大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶 400715摘要 ：光學(xué)實驗是物理教學(xué)和物理實驗中重要組成部分，對于光學(xué)實驗的研究，做傳統(tǒng)的光學(xué)實驗，對實驗儀器和實驗環(huán)境要求非常的高，但是得到的實驗結(jié)論卻并不一定理想。

所以，引進了一種數(shù)學(xué)軟件MATLAB，它是一種集符號運算、數(shù)值運算、圖形可視化等多種功能于一體的科技應(yīng)用軟件而利用MATLAB仿真出來的結(jié)果和理論吻合，圖像清晰逼真，不受實驗儀器的影響，可以極大地促進光學(xué)實驗的課堂教學(xué)效果本文主要介紹用MATLAB軟件對典型的干涉和衍射現(xiàn)象建立了數(shù)學(xué)模型，對干涉和衍射光強分布進行了編程運算，對實驗進行了仿真，而且展示了仿真的結(jié)果最后創(chuàng)建了交互式GUI界面，用戶可以通過改變輸入?yún)?shù)模擬不同條件下的干涉和衍射條紋關(guān)鍵詞：MATLAB；光學(xué)實驗仿真；干涉 ；衍射 ； GUI界面Optical Experiment Simulations With MATLABYang YunbiaoSchool of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, ChinaAbstract: Optical experiment is an important part of physics teaching and physics experiments, for the study of optics experiment, optical traditional experiment, the experimental apparatus and the environmental requirements are very high, but the results are not always ideal. Therefore, the introduction of a mathematical software MATLAB, it is scientific and technological applications in one of a variety of set of symbolic computation, numerical computation, visualization and other functions. Anastomosis using MATLAB simulation results and theory, clear and vivid images, not affected by the experimental instrument, can greatly promote the optical experimental teaching. This paper mainly introduces the mathematical model of interference and diffraction phenomena typical is established with MATLAB software, the interference and diffraction light intensity distribution of the program, the experimental simulation, but also show the simulation results. Finally, to create interactive GUI interface, the user can change the input parameter simulation under different conditions of interference and diffraction patterns.Key word:MATLAB;Optical experiment simulations;Interference;Diffraction；The GUI interface 引 言而近年來，用計算機仿真模擬實現(xiàn)各種光學(xué)現(xiàn)象成為研究的熱點。

由于在做光學(xué)實驗過程中，需要穩(wěn)定的環(huán)境、精密的儀器，而且其概念難懂，所用的儀器又非常的貴重，這有時使得實驗變得非常的困難但隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，利用仿真虛擬技術(shù)展示客觀物理現(xiàn)象，在現(xiàn)代光學(xué)研究中發(fā)揮著越來越重要的作用在數(shù)字全息、數(shù)字干涉測量、衍射光學(xué)元件的設(shè)計制備等研究領(lǐng)域，都涉及到在計算機中對光學(xué)衍射過程進行數(shù)值計算或模擬的工作，所以選擇能夠準(zhǔn)確、快速地模擬光學(xué)實驗過程的算法有重要的實際意義利用仿真實驗的結(jié)果指導(dǎo)實際實驗，減少和避免貴重儀器的損傷；通過仿真實驗過程將抽象難懂的光學(xué)概念和規(guī)律直觀地展現(xiàn)在學(xué)生面前，提升教學(xué)效果；突破實驗儀器對教學(xué)和實驗內(nèi)容擴展和延伸的限制而MATLAB就是一套高性能的科學(xué)計算與可視化軟件，從而廣泛應(yīng)用于物理教學(xué)中MATLAB是當(dāng)今最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件之一，它以強大的科學(xué)計算與可視化功能、簡單易用、開放式可擴展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學(xué)領(lǐng)域中成為計算機輔助設(shè)計和分析、算法研究和應(yīng)用開發(fā)的基本工具和首選平臺MATLAB具有其他高級語言難以比擬的一些優(yōu)點，如編寫簡單、編程效率高、易學(xué)易懂等例如：利用MATLAB程序畫出函數(shù)y=sinx，y=cosx的圖像MATLAB程序如下：圖1subplot(1,2,1)fplot('cos',[-pi,pi])grid onbox offset(gca,'xgrid','off') text(0,0,'y=cosx')subplot(1,2,2)fplot('sin',[-pi,pi])grid onbox offset(gca,'xgrid','off')text(0,0,'y=sinx') 因此MATLAB語言也被通俗地稱為演算紙式科學(xué)算法語言。

在控制、通信、信號處理及科學(xué)計算等領(lǐng)域中，MATLAB都被廣泛地應(yīng)用，已被認(rèn)為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計手段的工具軟件，掌握MATLAB好比掌握了開啟這些專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙 本文主要分為四章，第一章主要介紹MTALAB軟件和它在光學(xué)實驗仿真應(yīng)用的意義；第二章主要介紹MATLAB在光學(xué)干涉實驗仿真，包括雙縫干涉、牛頓環(huán)、薄膜等傾干涉等實驗仿真圖像；第三章主要介紹MATLAB在光學(xué)衍射實驗中的仿真，包括夫瑯禾費單縫衍射、光柵衍射、夫瑯禾費圓孔、矩孔衍射等；第四章主要介紹MATLAB GUI設(shè)計在光學(xué)中的應(yīng)用 第一章 緒論1.1 MATLAB的簡介 MATLAB是一種科學(xué)計算機軟件，它是由美國Mathworks公司于1984年正式推出的，主要適用于矩陣運算及控制和信息處理領(lǐng)域的分析設(shè)計MATLAB還包括了ToolBox(工具箱)的各類問題的求解工具，可用來求解特定學(xué)科的問題它使用方便，輸入簡捷，運算高效，內(nèi)容豐富，并且很容易由用戶自行擴展，因此，當(dāng)前已成為美國和其他國家大學(xué)教學(xué)和研究中最常用的軟件之一隨著科技的發(fā)展，MATLAB軟件版本也不斷的升級，內(nèi)容不斷擴充，功能更加強大。

特別是在系統(tǒng)的仿真和實時運行等方面，有很多的新進展，更加擴大它的應(yīng)用前景 MATLAB是“矩陣實驗室”（MATrix LABoratoy）的縮寫，他是一種以矩陣運算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，專門針對科學(xué)、工程計算及繪圖的需求與其他計算機語言相比，其特點是簡潔和智能化，適應(yīng)科學(xué)研究人員的思維方式和書寫習(xí)慣，從而使得編程和調(diào)試效果大大提高它用解釋方式工作，輸入程序能夠立即得到結(jié)果，人機交互式性能好，深得科技研究人員的喜愛1.2 MATLAB用于仿真的優(yōu)越性隨著仿真技術(shù)的發(fā)展，在歐美高等院校，MATLAB已成為應(yīng)用于線性代數(shù)、自動控制理論、數(shù)理統(tǒng)計、數(shù)字信號處理、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學(xué)工具：在研究單位、工業(yè)部門，MATLAB也被廣泛用于研究和解決各種工程問題因為MATLAB用于解決這些問題具有很大的優(yōu)越性，它具有其他軟件不具備的特點它的特點可概括如下：（1） 編程效率高， MATLAB是一種面向科學(xué)與工程的高級語言，允許數(shù)字形式的語言編程，與BASIC、Fortran和C語言相比較的話，它更接近書寫計算公式的思維方式所以使得MATLAB編程效率高、智能化、編程簡潔和易學(xué)易懂。

2） 用戶使用方便 MATLAB語言是一種解釋執(zhí)行的語言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時間少MATLAB能夠把編輯、編譯、鏈接和執(zhí)行融為一體，而且它能在同一畫面上進行靈活操作，可以對輸入程序中的書寫錯誤、語法錯誤以至語義錯誤立即作出反應(yīng)，便于編程者馬上改正這些都可以大大減輕了編程和調(diào)試的工作量，使用戶方便3)擴充能力強，交互性好高版本的的MATLAB語言有豐富的庫函數(shù)，在進行復(fù)雜的數(shù)序運算時可以直接調(diào)用，而且MATLAB的庫函數(shù)同用戶文件在形成上一樣，所以用戶文件也可作為MATLAB的庫函數(shù)來調(diào)用因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴充新的庫函數(shù)，以便提高MATLAB。