用MATLAB語言模擬光衍射實(shí)驗(yàn) - 圖文-

第14卷第4期2001年】2月出版大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)PHYSICALEXPERIMENT0FCOLLEGEDec.2001文章編號(hào):l007—2934(200IJ04~0047一02用MATLAB語言模擬光衍射實(shí)驗(yàn)周憶梁齊(安徽省科學(xué)技術(shù)培訓(xùn)中心,合肥,230031(合肥工業(yè)大學(xué),合肥,230009摘要:用MATLAB語言模擬編寫了光衍射的模擬實(shí)驗(yàn)程度,給出了五種元件的夫瑯和費(fèi)衍射圖。美鍵詞:衍射;模擬;MATn8語言中圖分類號(hào):04—39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A光的衍射現(xiàn)象是光具有波動(dòng)性的重要特征,衍射無論在理論研究還是在大學(xué)物理教學(xué)中都占有較重要的地位。筆者利用MATLAB較強(qiáng)的繪圖和圖像功能,針對(duì)多種衍射元件(革縫、雙縫、光柵、矩孔、圓孔編寫了光衍射的模擬實(shí)驗(yàn)程序。在計(jì)算機(jī)的模擬光的衍射,條件限制較少,對(duì)子衍射的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種較好的補(bǔ)充。程序首先根據(jù)衍射強(qiáng)度分布的理論公式及實(shí)驗(yàn)參數(shù)建立衍射相對(duì)強(qiáng)度的數(shù)據(jù)矩陣口(石,,,然后利用im89e(B和colom8p(掣ay命令繪出衍射圖樣。同時(shí),也繪制了衍射光強(qiáng)分布的二維或三維圖。單縫夫瑯和費(fèi)衍射的模擬結(jié)果見圖1。衍射光強(qiáng)公式為J=b(sinu/u2,n=(石nsin汐^,d是縫寬,又是入射光的波長(zhǎng),口是衍射角。設(shè)觀察屏位于單縫后正透鏡的焦平面上,.廠為透鏡的焦距,z為屏上橫向坐標(biāo)?？?arctan(互/廠。模擬分成三組:第一組,工=600nm,廠=600眥n,(a口=o.20mm;(6口=o.10咖;(c口:o.05mm第二紐,o=o.10mm,廠=60。帆,(dA=500nm;(e口=600nm;(廠叉=700nm第三組,口=O.10mm,A=600nm,(g廠=300mm;(^廠=600mm;(￡廠=900mm以下內(nèi)容中,取A=60。t:m,廠=6。onlnl,衍射圖樣橫坐標(biāo)石和縱坐標(biāo)y的范圍均為[一20,20]mm。圖2為雙縫衍射的模擬結(jié)果及相對(duì)光強(qiáng)分布曲線,衍射光強(qiáng)公式為,:,0(sin配/t。2cos2,其中,u=艽osin8/入,移=玎cfsin0/A,d是雙縫的中心間距,穢=劃/n,取口=O.05mm,d=O.10mm。圖3為光柵衍射的模擬結(jié)果及相對(duì)光強(qiáng)分布曲線,衍射光強(qiáng)公式為,=,。(sinu/u2(sin鵬/sin∥2,其中,Ⅳ是光柵的狹縫數(shù)目,取A,=300,口=0.05mm,d=O.10mm。圖4為矩孔衍射的模擬結(jié)果及相對(duì)光強(qiáng)分布三維圖。衍射光強(qiáng)公式為:,=,0(sin“/u2(sintJ/移2,其中“=丌sin口l/A,穢=丌6sin口2/A,口、6分別是矩孔的長(zhǎng)、寬,取口=O.收稿日期:200I—07—30一47—萬方數(shù)據(jù)啊曲曲唧曲曲衄曲曲圈黼囡.圇圈2雙縫衍射嗣3黨鏹衍射圖4矩孔衍射圖5圓孔衍射05mm,6=o.05mm;pl、口2是二維衍射角,對(duì)于屏上衍射場(chǎng)點(diǎn)(z,,,,有口c:arc￡8n(菇/廠,口2=aretan(y仃。圖5為圓孔衍射的模擬結(jié)果及相對(duì)光強(qiáng)分布三維圖,衍射光強(qiáng)公式為,=如[2,t(x/x]2,其中,,。是一階貝塞爾函數(shù),MA’rLAB有相應(yīng)的庫函數(shù)besSelj(1,x可供調(diào)用,X=27r口sin口/A,n是圓孔的半徑,取o=O.03mm;對(duì)于屏上衍射場(chǎng)點(diǎn)(戈,,,,有口=arcta(￣/x2十y2/廠。f下轉(zhuǎn)52頁~48一庸附牒堊么。撿△簍黝。掩匾%萬方數(shù)據(jù)故障擬板出問題的可能性大。對(duì)照M455說明書電路圖,我們首先檢查模擬板電源,發(fā)現(xiàn)正電源U3l,即7815的輸出端+15V為OV,而輸入端為+24V的正常值。焊下u3l,經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)正常,測(cè)量線路板上U3l輸出端與地的電阻值為OQ,說明后面電路有短路點(diǎn)。由于后面的電路較多,我們采用分段法,使電路斷開,逐段測(cè)量,最后找到模擬板集成電路u3上與7腳連接的一個(gè)濾波電容C222pF,15V已被擊穿,從而產(chǎn)生了短路,使電源電壓下降。4故障處理將被擊穿電容焊下,換上一只22弘F,16V的電解電容,其它一切恢復(fù)原位。開機(jī)實(shí)驗(yàn),故障已排除,一切正常。另外一次故障現(xiàn)象與此次相同,檢查的結(jié)果是甌,被擊穿,更換新元件后故障排除。在檢查過程中,發(fā)現(xiàn)模擬板上,大部分濾波電解電容采用耐壓為15v的微型電容,而其電源電壓也為15V。所以選用電容的耐壓值偏低,是造成這一故障的主要原因。FAULTANALYSIS0FⅣ【AGNETOMETERINTERFACEJi8(iaochan(HebeiInduStryUrIiversity,Ti嘶in,300130Qiaoyi拙(HebeiNoml8lUIliverSity。SlliJi8出u8n￡,Q50016Ak舡act:Int}lispape-,dec矗ccirc血tfadtofM155VSMinterfacehasbeenanalysedandreⅡ”vedKeywords:Vib眥'mgSampleMagIletometer;E1ec啊ccircuit;Famt(上接48頁l參考文獻(xiàn)mTLABS玎坦UALTIONOFLIGHTDⅡrFRACTIONUS礬GZhouYi(AnhuiSicencea11dTechnoIo影TfainingCentrc。Hefei,230031di觸c曲nhasbeen儷tIenwilllMAll■B.‰munhofer。di缶a