103014物理光学上机实验报告（姜巍2905103014）

“物理光学”上机实验报告 姜巍 2905103014 项目1 1、项目名称： 等厚干涉条纹分布的模拟 2、目的和任务： 目的：通过对等厚干涉光强分布的模拟仿真，加深对光的干涉基本原理的认识。 任务：以一个曲率半径 R = 5 m 的柱透镜的凸面紧贴在一个平板玻璃上，其凸面与平面相切于O 点（如图所示），在它们之间形成一空气薄层，用波长λ = 632.8 nm 的单色光垂直照射，从反射光中可观察该空气薄层所形成的等厚干涉条纹，模拟此等厚干涉条纹的一维光强分布曲线图和二维光强分布的灰度图。 3、实验原理：见物理光学课本。 4、上机实验内容： 1）编写模拟仿真程序，上机调试并运行； 2）改变柱透镜曲率半径，观察条纹分布的变化； 3）改变入射光波长，观察条纹分布的变化； 4) 改变柱透镜凸面和平板玻璃间的介质的折射率，观察条纹分布的变化。 项目 5、实验程序及结果： 1）仿真程序及调试结果 clear all; data=input('请输入[波长,曲率半径,介质折射率]:='); lamda=data(1); %波长 R=data(2); %曲率半径 n=data(3); %介质折射率 rm=1e-2; x=0:0.00001:rm; %干涉条纹区域（第一象限） y=rm:-0.00001:0; %干涉条纹区域（第一象限） [X,Y]=meshgrid(x,y); r2=X.^2+Y.^2; fai=2*pi*(n*r2/R+ lamda /2)/ lamda; %相位差 I=4*cos(fai./2).^2; %第一象限干涉光强 rx=-0.003:0.00001:0.003; faix=2*pi*(n*(rx.^2)./R+ lamda /2)/ lamda; %一维光强分布曲线自变量 Ix=4*cos(faix./2).^2; %一维干涉光强分布 N=255; %设定灰度最大等级 Ir2=(I/4.0)*N; %最大光强对应灰度最大等级 Ir1=fliplr(Ir2); %翻转到第二象限 Ir3=flipud(Ir1); %翻转到第三象限 Ir4=flipud(Ir2); %翻转到第三象限 Ir=[Ir1 Ir2;Ir3 Ir4]; %全区域干涉光强分布 figure(1) %画一维光强分布曲线图 plot(rx,Ix/4); %归一化，并画图 xlabel('r'); ylabel('相对I'); title('一维光强分布曲线图'); figure(2) %画二维光强分布灰度图 image(Ir,'XData',[-0.01,0.01],'YData',[0.01,-0.01]); colormap(gray(N)); axis square title('二维光强分布灰度图'); 取入射光波长为632.8nm，柱透镜曲率半径为5m，介质折射率为1。运行后得到以下结果。 2）曲率半径为10m时，条纹变得更宽。 3）波长为300nm时，条纹分布变得细而密。 4）介质折射率为1.5时，条纹分布变得更细更密。 项目2 1、项目名称：多缝夫朗禾费衍射的模拟 2、目的和任务： 目的：通过对多缝夫朗禾费衍射光强分布的模拟仿真，加深对光的衍射基本原理的认识。 任务：以波长λ = 500 nm 的单色平面波垂直照射到缝宽a = 15 μm、光栅常数d = 30 μm、缝数N = 6 的多缝衍射屏上产生夫朗和费衍射，模拟该夫朗和费衍射场的光强分布曲线和灰度图。 3、实验原理：见物理光学课本。 4、上机实验内容： 1) 编写模拟仿真程序，上机调试并运行； 2) 观察衍射因子和干涉因子对多缝衍射条纹的影响； 3) 改变缝数N，观察各主极大宽度的变化； 4) 改变光栅常数d，观察各主极大位置的变化； 5）改变缝宽a，观察衍射因子极小值位置的变化； 6) 改变光栅常数d 和缝宽a，观察缺级级次的变化。 5、实验程序及结果： 1）仿真程序及调试结果 clear all; data=input('请输入[缝数,光栅常数,缝宽]:='); lamda =500e-9; %波长 D=5; %屏幕到光栅距离 N=data(1); %缝数 d=data(2); %光栅常数 a=data(3); %缝宽 sintheta=-0.048:0.0001:0.048; xs=sintheta.*D; %屏幕范围 alpha=pi*a*sintheta./ lamda; beta=pi*d*sintheta./ lamda; I=(sin(alpha)./alpha).^2.*(sin(N*beta)./sin(beta)).^2; %光强分布 I1=I/max(I); %归一化 I1(:,481)=1; %调整中心亮度 Iy=(sin(alpha)./alpha).^2; %衍射因子 Ig=(sin(N*beta)./sin(beta)).^2; %干涉因子 Ig1=Ig/max(Ig); %归一化 Nj=255; %设定灰度最大等级 Ir=I1*Nj; %最大光强对应灰度最大等级 figure(1) plot(sintheta,I1); %画一维光强分布曲线图 hold on plot(sintheta,Iy,'--r'); %画衍射因子曲线图 hold on plot(sintheta,Ig1,'-.g'); %画干涉因子曲线图 xlabel('sintheta'); ylabel('相对I'); title('一维光强分布曲线图'); figure(2) image(xs,0,Ir); %画二维光强分布灰度图 colormap(gray(Nj)); title('二维光强分布灰度图'); 取缝数为6，光栅常数为30μm，缝宽为15μm。运行后得到以下结果。 2）衍射因子和干涉因子对多缝条纹衍射的影响 3）缝数为10时，主极大宽度缩小。 4）光栅常数为60μm时，主极大之间的间距变小。 5）缝宽为20μm时，衍射因子极小值位置变密集。 6）缝宽为30μm时，与光栅常数相等，观察到除0 级以外，其他都出现缺级现象。 5、实验结论：本次试验使我们更加深入了解了光的干涉与衍射的原理和性质，并提高了matlab的使用的技巧。通过多次的调试，我们体会到了实验应紧抓原理并灵活运用的模拟软件的重要性。实验中可能出现与物理光学理论不符的结果，要通过深度分析原因来修正程序，以达到正确的结果。本实验证明了光的干涉和衍射原理，所示图像与理论图像相符。