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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date正弦光栅衍射计算机模拟正弦光栅衍射的计算机模拟正弦光栅衍射计算机模拟摘要：本文利用Matlab对正弦光栅衍射实验进行仿真模拟。先创建用户界面，实现人机交互，在程序中输入不同的实验参数，可以使此衍射现象直观逼真地表现出来。此方法解除了传统实验中的许多限制，且准确方便。关键词：正弦光栅衍射实验；MATLAB； 用户界面设计；程序编写；仿真模拟1.引言光学是一门拥有悠久历史
2、的学科，人类对光的研究，最初主要是由 “人的眼睛为什么能看见周围的物体？”之类的问题引起的。随着人类对光的认识的不断加深，光的衍射成为光学中不可或缺的一部分，人们对光的认识是从不断的实验和探索中加深的，其中就走到了光的衍射及其波动性这一步，光的衍射即光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 1。要深刻的认识光的衍射现象，实验是必不可少的，而在实验过程中我们发现，光的衍射实验并没有那么简单，仪器精细程度比较高，操作起来就比较困难，而且受许多外界因素的影响，这必然会影响我们准确地分析和研究实验结果。伴随着计算机技术的飞速发展以及教学现代化的需要，计算机正逐渐走进学
3、校，走进课堂，将计算机仿真技术用于光学实验当中是个不错的办法，由于是模拟实验，就不会受到实验仪器和实验场所的限制，自然就不用考虑环境因素引起的误差，而且解决了人工操作困难的问题，这就保证了实验的精确性，在此，借助计算机利用Matlab对真实的正弦光栅衍射实验进行模拟，与实验室中的真实实验相比较，探索利Matlab对光学实验进行仿真模拟相对于传统实验的优势。2.正弦光栅衍射正弦光栅是振幅透射率沿一个方向（如x1轴方向）按正弦（或余弦）规律变化，而且在此垂直的方向（如y1轴方向）上振幅透射率不变的透射光栅，其透射率函数为 （1）为简单起见，假设光栅结构限于一个宽度为的狭缝，参数m代表屏幕上振幅透射
4、率峰值的变化，而是光栅频率，该透射率函数的截面图如图1所示。 1.0 0.5 m 0 图 1 +1 0 图2 正弦光栅衍射实验光路图用单位振幅的单色平面波照射衍射屏，孔径上的场分布等于透射率函数，为了求出夫琅禾费衍射图样，首先对这个场分布进行傅里叶变换。由=+ （2） 以及, （3） 利用卷积定理可以得出： （4）于是，夫琅禾费衍射图样可写成： （5）再对上式求平方，就得到相应的强度分布。在这里，如果光栅频率比大得多，那么依赖于的三个函数之间的重叠可以忽略不计，则此时有:（6）即强度由（6）式决定 接下来看实验室中正弦光栅衍射的结果：在实验中选定入射波长，3.用MATLAB模拟正弦光栅衍射实验
5、MATLAB意为矩阵（MATRIX）和实验(LABORATORY)的组合，其诞生于20世纪70年代，由Cleve Molar博士和他的同事开发出来，随后其成立了Math Works公司，正式把MATLAB推向市场，并继续进行开发，直到今天，其界面越来越友好，内容越来越丰富，功能越来越强大。MATLAB是当今最优秀的科技应用软件之一，其操作简单，具有强大的科学计算能力，可视化功能和开放式可扩展环境，所附带的工具箱可支持三十多个领域，因此在许多科学领域中MATLAB成为计算机辅助设计和分析，算法研究和应用开发的基本工具和首选平台，同时MATLAB具有其他高级语言难以比拟的一些优点：编写简单，效率高
6、、易懂易学，因此MATLAB在信号处理，通信，自动控制及科学计算等领域中被广泛应用，被认为是最能够提高工作效率，改善设计手段的工作软件。 结论从上文我们可以直观的观察到正弦光栅衍射图样和参数之间的关系，可见将Matlab这个工具引入到光学实验中，对光学实验进行模拟，可以化抽象思维为形象思维，从而帮助我们更好地洞察物理含义，发现规律和总结，而且还可以在模拟过程中任意改变实验参数值，便于理论研究，比传统的实验方法方便许多，实现了更好的实验效果。其次，通过高仿真模拟便于与比真实仪器相比较，而且比真实实验更加精确，这就更加有利于我们正确掌握和分析光栅衍射图样的特征及其影响因素，为进一步拓展正弦光栅的应
7、用奠定良好的理论基础。致谢论文写作过程中得到老师的悉心指导和耐心的帮助，他循序渐进和不拘一格的思路给了我许多的启迪。在此表示衷心的感谢！参考文献1 姚启钧原著，华东师大光学教材编写组改编. 光学教程第四版. 高等教育出版社，2009,112 王建荣、王小伟.用MATLAB模拟正弦光栅的衍射.红外29卷第10期,2008,63 清源计算机工作室. Matlab6.0基础及应用.机械工业出版社，2001,54 朱衡君.MATLAB语言及实践教程.清华大学出版社、北京交通大学出版社，2006,15 钟锡华，赵凯华.光学（上下册）.北京大学出版社，2008,66 Cleve B.Moler著 喻文健
8、译.MATLAB数值计算.机械工业出版社，2006,.6.7 陈怀琛 吴大正 高西全著.MATLAB及在电子信息课程中的应用.电子工业出版社，2003,7.8 贺兴华 周媛媛 王继阳 周晖著.MATLAB7.x图像处理.人民邮电出版社，2006,11.9 张亮 郭仕剑 王宝顺 贺兴华著.MATLAB7.x系统建模与仿真.人民邮电出版社，2006,1110 符运良.MATLAB在光学教学中的应用.华南热带农业大学学报，2004,911 韩振海，贺德春.MATLAB在波动光学教学中的应用.河西学院学报，2005 ,第21卷第2期12 周忆.用Matlab语言模拟光衍射实验.大学物理实验，2001,
9、12Computer simulation of the sinusoidal grating diffraction Abstract：This paper use Matlab to simulate the sinusoidal grating diffraction experiment. First, create the user interface, to achieve human-computer interaction, enter different experimental parameters in the program, that can make this diffraction phenomenon performance intuitive and realistic. This method has lifted many of the limitations of the traditional experimental.Keywords: Sine grating diffraction experiment ; MATLAB ; User interface design ; Programming ; Simulation-
