苏ICP备112451047180号-6
光的干涉和衍射现象的计算机仿真
摘 要
光作为电磁波,其主要特征是具有干涉、衍射。光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影区,并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象，叫做光的衍射。本文利用基尔霍夫衍射理论，推导出单色光的单缝、双缝、圆孔、矩孔、双矩孔夫朗禾费衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式；七色光的光栅、双缝、单缝夫朗禾费衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式；以及可见光的单缝夫朗禾费衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式。并利用matlab2010软件模拟了基尔霍夫衍射图样与强度分布，建立直观形象并且精确完整的理论模型。将衍射理论与干涉理论联系起来,分析衍射和干涉的本质。
关键字 基尔霍夫理论，夫朗禾费衍射，衍射
ABSTRACT
Ray regard as the electromagnetic wave, the main features is with interference and diffraction. The diffraction of light is defined as ray goes round the obstacles and diverges from the rectilinear propagation while into the shadow of geometry area, and appears the phenomenal of the ray power is not even distributed on the screen. This thesis uses the theory of Kirchhoff and deduces the formula of relative diffraction intensity that one-slit, double-slit, circular aperture, rectangle and double-rectangle Fraunhofer of single color light diffracts on the screen; the formula of relative diffraction intensity that grating, one-slit, and double-slit, Fraunhofer of seven-color light diffracts on the screen; and the formula of relative diffraction intensity that one-slit Fraunhofer of the visible light diffracts on the screen. Also it employs matlab2010 software imitation the Kirchhoff diffraction pattern and intensity distribution, and builds up the audio-visual image, accurate and completed theory matrix. Combining the theory of diffraction and interference analyses the essence of diffraction and interference.
KEY WORDS theory of Kirchhoff， diffraction of Fraunhofer， diffraction
参考文献
[1] 陈皓,史建新.偏振光的理论分析和实验研究[J].沈阳师范大学学报:自然科学版,2009,27(4):424426.
[2]石顺祥，王学恩，刘劲松.物理光学与应用光学.西安电子科技大学出版社
[3]姚启钧.光学教程.华东师大光学教材编写组改编。
[4]郭小花，王志坚，令维军.菲涅尔多缝衍射的数值计算.天水师范学院，甘肃兰州 741001
[5]马建国.单缝菲涅尔衍射光强分布函数积分公式的讨论[J].安徽机电学院学报，1998.
[6]梁铨廷，孔宪炎.光学[M].光州：广东高等教育出版社，1999.
[7]喻力华，赵维义.圆孔衍射光强分布的数值计算[J].大学物理，2001.
[8]洪云.Fresnel圆孔衍射研究[J].西华师范大学学报，2005.
[9]孙景亭.菲涅尔圆孔衍射理论的探究[J].应用光学，1994.
[10]张耀举.平面波经小圆孔非榜轴衍射的轴上光强解析分析[J].光子学报，2000.
[11] 姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,2008:69-102.
[12] 姚启钧.光学教程［M］.北京高等教育出版社，2002
[13] 张曦煌,杜俊俐.机图形学［M］北京邮电大学出版社，2006
[14] 孙为民,黎明,宋志章.夫朗和费双矩孔衍射图样的分析[J].高师理科学刊, 2004(2):28-29.
[15] 葛哲学.精通Matlab[M]: 工业出版社;2008.
[16]夏静，陈训毅，杨德军，圆孔、方孔和双矩孔夫琅和费衍射的MAT LAB 仿真( 华中师范大学物理科学与技术学院, 武汉430079)
[17] 蓝海江.Matlab 的七色光仿真白光干涉与衍射实验.（柳州师范高等专科学校物理与信息科学系,西柳州545004）
[18] 葛崇员,成泰民,孙树生.不同矩形孔的Fraunhofer 衍射图样模拟.(沈阳化工大学数理系, 辽宁沈阳110142)
[19]石顺祥,张海兴,刘劲松.物理光学与应用光学.西安电子科技大学出版社。
[20] 赵建林.光学[M].北京:高等教育出版社,2006:200—202.
[21] 程守洙,江之永.普通物理学（第六版）下册[M].北京:高等教育出版社，2006．
http://www.bysj580.com/
摘 要
光作为电磁波,其主要特征是具有干涉、衍射。光绕过障碍物偏离直线传播而进入几何阴影区,并在屏幕上出现光强不均匀分布的现象，叫做光的衍射。本文利用基尔霍夫衍射理论，推导出单色光的单缝、双缝、圆孔、矩孔、双矩孔夫朗禾费衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式；七色光的光栅、双缝、单缝夫朗禾费衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式；以及可见光的单缝夫朗禾费衍射在屏幕上的相对衍射强度的分布公式。并利用matlab2010软件模拟了基尔霍夫衍射图样与强度分布，建立直观形象并且精确完整的理论模型。将衍射理论与干涉理论联系起来,分析衍射和干涉的本质。
关键字 基尔霍夫理论，夫朗禾费衍射，衍射
ABSTRACT
Ray regard as the electromagnetic wave, the main features is with interference and diffraction. The diffraction of light is defined as ray goes round the obstacles and diverges from the rectilinear propagation while into the shadow of geometry area, and appears the phenomenal of the ray power is not even distributed on the screen. This thesis uses the theory of Kirchhoff and deduces the formula of relative diffraction intensity that one-slit, double-slit, circular aperture, rectangle and double-rectangle Fraunhofer of single color light diffracts on the screen; the formula of relative diffraction intensity that grating, one-slit, and double-slit, Fraunhofer of seven-color light diffracts on the screen; and the formula of relative diffraction intensity that one-slit Fraunhofer of the visible light diffracts on the screen. Also it employs matlab2010 software imitation the Kirchhoff diffraction pattern and intensity distribution, and builds up the audio-visual image, accurate and completed theory matrix. Combining the theory of diffraction and interference analyses the essence of diffraction and interference.
KEY WORDS theory of Kirchhoff， diffraction of Fraunhofer， diffraction
目 录
摘 要 2
前 言 5
第1章 衍射理论 6
1.1衍射的基本理论 6
1.1.1光的衍射现象 6
1.1.2惠更斯原理 7
1.1.3惠更斯-菲涅耳原理 7
第2章 单色光的衍射 8
2.1夫朗和费单缝衍射 8
2.1.1夫朗和费单缝衍射实验装置和衍射图样的特点 8
2.1.2夫朗和费单缝衍射仿真 10
2.2夫朗和费多缝衍射仿真 13
2.2.1夫朗和费双缝衍射仿真 13
2.2.2夫朗和费三缝衍射仿真 15
2.2.3夫朗和费四缝衍射仿真 17
2.2.4夫朗和费多缝衍射公式的推导 20
2.2.5结论 21
2.3夫朗和费圆孔衍射 21
2.3.1夫朗和费圆孔衍射理论 21
2.3.2夫朗和费圆孔衍射仿真 23
2.4夫朗和费矩形孔衍射 26
2.4.1夫朗和费矩形孔衍射的理论 26
2.4.2夫朗和费矩形孔衍射的仿真 27
2.4.3夫琅和费双矩孔衍射仿真 29
2.5不同矩形孔的夫朗和费衍射 32
2.5.1不同矩形孔的夫朗和费衍射强度 32
2.5.2 不同的矩形孔在屏上的夫朗和费衍射图样的模拟 33
2.5.3结论 36
第3章 复色光的衍射 36
3.1七色光干涉与衍射的光强分布 36
3.1.1夫琅和费光栅衍射 36
3.1.2基于Matlab的七色光仿真白光干涉与衍射实验 37
3.2可见光单缝衍射的仿真 41
参考文献 45
致 谢 47
参考文献
[2]石顺祥，王学恩，刘劲松.物理光学与应用光学.西安电子科技大学出版社
[3]姚启钧.光学教程.华东师大光学教材编写组改编。
[4]郭小花，王志坚，令维军.菲涅尔多缝衍射的数值计算.天水师范学院，甘肃兰州 741001
[5]马建国.单缝菲涅尔衍射光强分布函数积分公式的讨论[J].安徽机电学院学报，1998.
[6]梁铨廷，孔宪炎.光学[M].光州：广东高等教育出版社，1999.
[7]喻力华，赵维义.圆孔衍射光强分布的数值计算[J].大学物理，2001.
[8]洪云.Fresnel圆孔衍射研究[J].西华师范大学学报，2005.
[9]孙景亭.菲涅尔圆孔衍射理论的探究[J].应用光学，1994.
[10]张耀举.平面波经小圆孔非榜轴衍射的轴上光强解析分析[J].光子学报，2000.
[11] 姚启钧.光学教程[M].北京:高等教育出版社,2008:69-102.
[12] 姚启钧.光学教程［M］.北京高等教育出版社，2002
[13] 张曦煌,杜俊俐.机图形学［M］北京邮电大学出版社，2006
[14] 孙为民,黎明,宋志章.夫朗和费双矩孔衍射图样的分析[J].高师理科学刊, 2004(2):28-29.
[15] 葛哲学.精通Matlab[M]: 工业出版社;2008.
[16]夏静，陈训毅，杨德军，圆孔、方孔和双矩孔夫琅和费衍射的MAT LAB 仿真( 华中师范大学物理科学与技术学院, 武汉430079)
[17] 蓝海江.Matlab 的七色光仿真白光干涉与衍射实验.（柳州师范高等专科学校物理与信息科学系,西柳州545004）
[18] 葛崇员,成泰民,孙树生.不同矩形孔的Fraunhofer 衍射图样模拟.(沈阳化工大学数理系, 辽宁沈阳110142)
[19]石顺祥,张海兴,刘劲松.物理光学与应用光学.西安电子科技大学出版社。
[20] 赵建林.光学[M].北京:高等教育出版社,2006:200—202.
[21] 程守洙,江之永.普通物理学（第六版）下册[M].北京:高等教育出版社，2006．
http://www.bysj580.com/