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用MATLAB决杨氏干涉实验
《MATLAB语言》课程论文
用MATLAB解决杨氏干涉实验
姓名:马丽
学号:12010245285
专业:通信工程
班级:2010级通信班
指导老师:汤全武
学 院:物理电气信息学院
完成日期:2011.12.13
用MATLAB解决杨氏干涉实验
(马丽 12010245285 10级通信班)
[摘要]根据杨氏双缝干涉的理论,利用MATLAB语言编写程序对该实验进行计算机仿真,该仿真程序能够绘制单色光和非单色光的杨氏双缝干涉图样和光强分布曲线,并且同步计算出相应的条纹间距和对比度;此外,设计了仿真实验的图形用户界面,用户可以根据显示的杨氏双缝干涉模型更改实验参数,直观地分析各参数的变化对于干涉结果的影响,为光学的理论分析与实验教学提供了方便,为相关课件的设计提供了新的= (1)
= (2)
=- (3)
引起的相位差为
=2 (4)
设两束相干光在屏幕上P点产生的幅度相同,均为,则夹角为的两个矢量的合成矢量的幅度为
=2cos(/2) (5)
光强B正比于振幅的平方,故P点光强为
=4(/2) (6)
三、算法描述
第一步:设定试验参数(相干波波长,双缝间距a,缝与屏的间距D)
第二步:设定光屏范围
第三步:把光屏的Y方向分成若干(101个)点
第四步:利用for循环分别计算各个分点(从1到101)到两光源的光程差,并计算该光程差所引起的相位差及两干涉光在该点叠加后的光强
第五步:画出各分点在光屏Y方向上的光强分布图
第六步:画出光强变化曲线
四、程序代码
clear all %YSSFGSSY.m
lam=500e-9; %输入波长
a=2e-3;D=1;
ym=5*lam*D/a;xs=ym; %设定光屏的范围
n=101;ys=linspace(-ym,ym,n); %把光屏的Y方向分成101点
for i=1:n
r1=sqrt((ys(i)-a/2).^2+D^2);
r2=sqrt((ys(i)+a/2).^2+D^2);
phi=2*pi*(r2-r1)/lam;
B(i,:)=4*cos(phi/2).^2;
end
N=255; %确定用的灰度等级为225
Br=(B/4.0)*N; %使最大光强对应于最大灰度级(白色)
subplot(1,2,2)
image(xs,ys,Br); %画干涉条纹
colormap(gray(N));
plot(B,ys) %画出光强变化曲线
MATLAB提供了十分强大的图形处理功能,应用MATLAB可以实现各种二维图形和三维图形的绘制及控制与表现.对于双缝干涉实验模拟的基本过程是首先设置波长、屏幕到双狭缝平面的距离、双缝的问隔d、光屏的范围,再将仿真光屏的Y方向分成n个点,然后调用循环语句,根据光强公式,即公式(6)对各采样点的光强进行计算,调用image 0函数,绘制实验仿真图像,使用色谱函数colormap着色,调用plot 0函数,绘制
光强分布曲线.这些函数都能根据数据自动选择精度、步长,进行颜色、光照及坐标轴等控制,代替用户完成大量底层工作,使用非常方便,根据上面的分析,编写程序文件如上,并运行程序程序得到
干涉条纹如图2所示,光强变化曲线如图三所示。
图2
图3
五、求解结果及说明:
上图2是光屏上的干涉条纹,图3是光屏上沿Y轴方向光强的变化曲线。从图中不难看出,干涉条纹是以点O所对应的水平线为对称轴,沿上下两侧交替,等距离排列,相邻亮条纹中心间隔为2.5m。这与理论推导和实验结果基本一致。
下面从理论上加以推导,由(1)(2)得
-=(+)(-)=2dy
考虑到a,y很小,(+)=2D,所以-=y
这样就得到点P处于亮条纹中心的条件为
y=2k, k=0,1,2,3,---
因此,亮条纹是等间距的,相邻条纹间距为==2.5m
图2中是光屏上的干涉图条纹,图3是光屏上沿Y轴方向光强的变化曲线.从图2中也不难看出,干涉条纹是以点O所对应的水平线为对称,沿上下两侧交替,等距离排列,从图3上可以看出相邻亮条纹中心间距为2.5xlO~m.与
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