光栅衍射实验的仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义

光的衍射是光波动性的一种重要特征，对光波衍射现象的研究是根据惠更斯-菲涅尔衍射原理为基础的。光场的频率非常高，所以要测量在一个比光的周期大很多的时间间隔内的平均值，在计算衍射光波场的光振动和光强分布时则利用菲涅尔-基尔霍夫衍射公式。在光的衍射教学过程中，光学实验会比较抽象，没有实验现象的补充，学生很难理解理论原理。通常光学实验一般需要稳定的环境、高精密的仪器，复杂的实验仪器一级光路的调试，会花费相当长的时间，同时，构建的实验装置往往也会受温度，轻微的震动等许多外在因素的影响，而且往往很难达到理想的实验结果。

所以为了让光学教学更加生动形象的展现在学生面前，需要现代化的教学手段，提供观察物理现象的机会，提高学生对光学课程的兴趣，培养他们的创新能力，充分利用计算机软件功能为教学曾添活力，让同学理解复杂的理论和实验做好铺垫，在此，我们可以利用matlab软件作为平台，对光学实验进行计算机仿真，具有以下意义：一方面，利用仿真实验，减少仪器使用，节省了金飞；另一方面，在教学上面，把抽象难懂的概念、原理通过仿真实验生动形象地表现出阿里，让学生更加容易接受，具有良好的教学效果，可以激励学生积极主动的去研究探索光学方面的知识，提高能力拓宽知识面。

2. 研究内容和预期目标

光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍时能绕过其边缘前进的现象，光的衍现象为光的波动理论提供有力的证明。衍射系统一般由衍射屏和光源组成，按照他们相互距离的大小可以将衍射分成两大类，一类是衍射屏和光源和接受屏的距离是无穷远时的衍射，成为夫琅禾费衍射，另一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射成为菲涅尔衍射，按照衍射屏狭缝的形状可以分为单缝、圆孔和多缝衍射。

应用matlab软件编程，模拟光栅衍射条纹次极大强度的分布图形．通过改变缝数、光栅常数和缝宽等参数，观察到次极大衍射条纹的相应变化，得出缝数和次极大的相对强度的关系，而光栅常数和缝宽与次极大的分布的关系。在物理学教学的过程中合理的运用计算机语言的运算功能帮助学生解决一些问题，不仅可以帮助学生加深对于所学课程的理解，而且可以有助于学生更牢固的掌握计算机知识，提高学生利用计算机解决实际问题的能力，拓展视野，为学生将来的发展科研水平打下基础。matlab是用于数值计算和图形处理计算系统，具备卓越的数值计算能力并能提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能，被广泛应用于科研之中。

3. 研究的方法与步骤

matlab是是由美国mathworks公司推出的数值分析中很强的应用软件，具有强大的数值

计算，数据可视化与编程，仿真和图像处理功能。与basic和fortran相比，用matlab软件做光学实验的模拟，只需用数字表达和描述，省去了大量繁琐的编程过程，origin软件一般用于实验数据的分析处理和作图，可以仿真一些简单的实验，仿真效果一般。所以综合考虑本课题选用mtalab软件进行实验仿真。

利用光的衍射原理,得到了衍射光栅的光强解析表达式,继而利用matlab软件强大的绘图功能,较全面的从光波波长λ,透射光栅总缝数n,缝宽b,光栅常数d,透镜l2焦距f,入射角θ0等6个层面对光强分布和谱线特征进行模拟和仿真研究,得到了光栅衍射实验中难以观察到的光强分布和谱线规律。

4. 参考文献

[1]. 崔富刚，谭毅刚等．光栅衍射次级大条纹相对强度分布的仿真研究[j]．实验技术与管理．2013，29(7)：79-82.[2]. 蓝江海等．光栅衍射及其特例的matlab仿真[j]．柳州师专学报．2008，23(3)：121-125.[3]. 华玲玲，杨刚.光栅衍射实验仿真研究[j]. 物理与工程，2013, 23(2) : 31-36.[4]. 宋璐，卫雅，冯艳萍.基于matlab的干涉衍射实现方法的研究[j]，计算机及数字工程，2013，23（2）：31-36.[5]. 张志峰，苏玉玲等，基于matlab的夫琅禾费衍射实验的计算机仿真[j]，学术探讨基金项目，2011，1（3）：144-146.[6].吕宋．基于matlab的光学衍射仿真[j]．东华理工大学学报.2010，33（4）：363-367.[7].李泊松，陆智等.基于matlab的光栅衍射实验仿真与研究[j]． 西南民族大学学报，2010，36[5]：59-62.

5. 计划与进度安排

计划工作方案首先在2022年2月底完成资料准备和开题报告。3月份中旬完成原理设计、总体设计、并确定最终设计方案。3月份下旬开始做仿真准备，进行资料调研，开始编写程序。4月份上旬开始调试已经编写的程序，观察matlab仿真效果图，进行资料收集和整理，为做毕业论文做准备。4月下旬完成衍射的各个仿真，开始毕业论文写作并在5月初期完成毕业设计论文，做好答辩准备。

第一周（2022年2月21-2月27）进行课题调研，课题内容，原理方案，准备资料整理，开题报告写作工作

第二周（2022年2月28-3月6）将写好的开题报告交给老师审阅，做好初期答辩准备，