Matlab双圆孔衍射仿真研究(菲涅尔和夫琅禾费衍射)(2)
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，学生很难理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。国外著名的光学教材配有大量的图片(包括计算和实验获得的图片)，来形象地说明光学中抽象难懂的理论。光学实验一般需要稳定的环境，高精密的仪器，因此在教室里能做的光学实验极为有限，而且也受到授课时间的限制。为了克服光学实验对实验条件要求比较苛刻的缺点，可采用计算机仿真光学实验，特别是光学演示实验，配合理论课的进行，把光学课程涉及的大多数现象展示在学生面前，以加深对光学内容
的理解。如利用计算机仿真联合变换相关实验，可以得到清晰的相关峰，而在实验中液晶光阀的分辨率较低，很难得到清晰的相关峰;又如光学菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射，初学者不易理解，如果通过光学仿真实验，可以计算出它们之间的演化规律，清楚地说明二者之间的联系与区别。学生们可以根据对光学原理和规律的理解，自己设置在仿真光学实验中的可控参数，探索和发现光学世界的奥秘，调动学习的积极性。
1.2 国内外研究现状
1.3 Matlab仿真的优越性
Matlab[7]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江具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。其特点是:
(l)可扩展性:Matlab最重要的特点是易于扩展，它允许用户自行建立指定功能的M文件。对于一个从事特定领域的工程师来说，不仅可利用Matlab所提供的函数及基本工具箱函数，还可方便地构造出专用的函数，从而大大扩展了其应用范围。当前支持Matlab的商用Toofbox(工具箱)有数百种之多。而由个人开发的Toolbox则不可计数。
由于Matlab具有如此之多的特点[8]，在欧美高等院校，Matlab已成为应用于线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具;在研究单位、工业部门，Matlab也被广泛用于研究和解决各种工程问题。当前在全世界有超过40万工程师和科学家使用它来分析和解决问题。
1.4 仿真的主要内容
本课题主要培养学生进行光学设计以及计算机仿真的综合能力。光的衍射现象是光学重要物理现象之一，在大学物理课程学习中占有重要的地位，用计算机对光衍射现象的模拟是对其物理本质更好的理解和补充。本课题使用Matlab软件结合所学的物理光学中光的衍射原理，对夫琅禾费衍射实验和菲涅尔衍射的光强分布进行编程运算，包括了单缝，多缝以及矩孔缝宽条件下，并输
出计算得到的衍射图样分布[9]，对实验现象进行仿真。最后做成了用户可以通过改变不同的输入参数条件下就模拟出不同的衍射实验的GUI交互式界面。设置的计算参数观察仿真图样的变化规律，给出物理光学理论解释。本课题涉及到光学知识，计算机仿真等知识内容的综合运用。
2 光的衍射理论
2.1 光的衍射现象
光的衍射是光的波动性的主要标志之一，也是光在传播的过程中一个基本特性。光在传播的路径中遇到障碍物时，能绕过障碍物边缘而弯入几何影区传播，并且产生强弱不均的光强分布，这种现象称为光的衍射 。实际上光在传播的过程中光波波面受到了某种限制，光的振幅或相位发生突变时就会导致光学衍射现象的出现。衍射现象是一个很重要的光学现象，实际应用中起了非常重要的作用。