基于MATLAB的多光学现象仿真可视化设计

利用MATLAB自带GUI,对光学单色光杨氏双缝干涉、牛顿环、夫琅禾费衍射以及迈克尔逊干涉仪等光学实验进行可视化模拟。     

牛顿环虚拟实验系统研究

为了弥补传统牛顿环干涉实验中视场范围狭小,回程误差消除困难,环境扰动等实际问题,加深学生对牛顿环等厚干涉实验的基本理解。本文基于LabVIEW设计并实现了虚拟牛顿环干涉实验。该虚拟实验可实时输入等厚干涉测量法所需的相关虚拟实验参数,并绘制相应的牛顿环干涉图样。同时,该牛顿环虚拟实验对所测量平凸镜半径实验结果进行相应的误差分析。     

基于 Ma t l a b牛顿环实验的仿真研究

根据光的干涉理论, 改变牛顿环实验参数, 分析干涉条纹的疏密程度, 采用 Ma t l a b编程, 有效地观测光 强分布情况. 可将抽象的光学规律直观化, 弥补实验条件的局限性, 与真实牛顿环实验相结合, 加深学生对等厚干涉 现象的理解     

牛顿环干涉实验的改进

研究光的干涉现象可以进一步加深对光的波动性的认识,产生光的干涉的仪器很多,牛顿环仪是一种常见的观察光的干涉的光学器件、用牛顿环仪可以观察到光的等厚干涉,对其干涉条纹有关量进行测量,便可以很精确地测得产生牛顿环干涉条纹的光学元器件的一些特性参数、用牛顿环仪可以测单色光的波长、组成牛顿环仪的平凸透镜的曲率半径,检验物体表面的光洁度和平面度.用牛顿环干涉实验测平凸透镜的曲率半径是大学物理实验中的基本实验.笔者根据多年的教学实践,认为该实验中存在一些问题,而且在数据处理方法上没有一个规范和统一的方法,本文就此进行探讨与研究.     

变形牛顿环装置干涉结果的仿真模拟

在分析各种变形牛顿环干涉装置的基础上,阐述了它们在测量、检测、表面科学等方面的应用,并借助MATLAB程序语言对各种变形装置的干涉结果进行仿真模拟,有助于物理教学的直观化以及推动牛顿环干涉技术在光学技术方面的广泛应用。     

基于GUI的干涉衍射的实验教学研究

将Matlab用于光学教学,可以更好的解释光学现象的实质.实现了基本的干涉、衍射现象的干涉条纹及光强分布,并利用Matlab的GUI功能将这些干涉和衍射结合起来.在教学中,利用直观的图样,由图释义,在一个界面中可以比较各种光学现象.方便学生进行比较学习.     

波动光学教材体系的探讨

目前国内外的光学教材中,波动光学部分的次序多是先干涉后衍射,近年来我校编写了先衍射后干涉的教材。并试用了多年.本文介绍我们的想法,以期抛砖引玉,引起大家讨论. 光栅装置涉及到多光束的干涉,然而由于每束光都是来自一个缝的衍射光,因而光栅的全名不是干涉而是衍射光栅.同样,人们只说晶体的X射线衍射,而不说X射线干涉.以上涉及的虽然只是一些光学现象的名称,那么为什么这样命名呢? 再让我们回顾确立光的波动性的历史.早在牛顿时代,格里马耳迪(1618-63)观察到当直棍被小光源照射时,根后的几何影区内会出现明暗相间的条纹,他把这种现象称…     

光学玻璃挠曲刚度的光学测量方法研究

提出了一种基于光干涉法测量小样品光学平板玻璃挠曲刚度的方法。应用平板理论及牛顿环原理推导了光学平板玻璃挠曲刚度与牛顿环干涉图像之间的解析公式,通过自行设计的牛顿环应力测量装置测量了光学平板玻璃的应力及对应的牛顿环干涉图像,得到了光学平板玻璃的挠曲刚度。实验结果显示:测得的挠曲刚度数据与厂家标称值相比,在应力29.02~38.66N范围内,测量相对误差不超过±6.9%;在应力16.07~29.02N范围内,测量相对误差不超过±11%。     

双透镜牛顿环干涉法测曲率半径

对经典光学实验仪器牛顿环进行改进,由光的干涉理论推导了曲率半径计算公式,测出第一干涉暗环半径不同时平凸透镜曲率半径和不确定度.数值拟合表明该法结果可靠,并有较多优点.     

光学玻璃弹性模量的自动化测量方法

针对现有光学玻璃弹性模量测量周期长、测量过程复杂等问题,提出了一种利用计算机图像处理技术快速测量小样品光学平板玻璃弹性模量的方法。基于接触力学理论和牛顿环干涉原理推导出测量光学玻璃弹性模量的解析式,利用图像处理技术的优势,通过摄像头拍摄牛顿环干涉图像,设计MFC监控与单张图片拍摄界面程序,自动测量牛顿环干涉图像中心黑斑半径,最后根据光学玻璃弹性模量与牛顿环干涉图像中心黑斑半径及牛顿环中心应力之间的关联关系,实现小样品光学玻璃弹性模量的快速测量。实验结果表明:在应力31.17 N～55.11 N范围内,光学玻璃弹性模量的测量相对误差不超过±8.8%;在应力55.11 N～71.07 N范围内,测量相对误差不超过±16%。     

Computer simulation of Fraunhofer diffraction based on MATLAB

In this paper, we describe a novel computer simulation technique of generating Fraunhofer diffraction images from different patterns. The simulation can be performed in almost any PC using the software MATLAB. The patterns of five types of elements, including one slit, one rectangular aperture, two rectangular apertures, the grating and one circular aperture are discussed and simulated. Diffractions images can be generated for any wavelength of light and for any program are presented. Finally, the Fraunhofer diffraction optical intensity distribution is analyzed. Simulation results can improve the physics experimental teaching of Fraunhofer diffraction. The programs based on MATLAB have been used as the platform to real-time calculation and simulation and solve the optical problem.     

基于光干涉法的光学玻璃应力测量方法研究

以平板理论为基础,利用牛顿环应力变形导致干涉图样的微小变化,提出一种基于光干涉法测量玻璃体应力的无损测量方法。理论推导出牛顿环曲率半径与应力之间的变换关系,利用自行设计的可安装在牛顿环仪上的施压装置,实验研究了施加应力与干涉图样的变换关系,通过理论分析与实验比较,证明了用牛顿环干涉法测量应力的可行性。利用该装置及方法对光学玻璃试样的应力进行测量,测量结果与实际施加的应力进行比较,误差最小为0.8%。     

牛顿环干涉法测定液体折射率装置的设计

文章讨论的是用牛顿环干涉法测定液体折射率装置的设计,属于普通物理实验装置。改装后的牛顿环装置便于测量液体的折射率,实验操作方便,实验现象清晰可见,为学生更好的理解干涉现象的应用提供实验指导。     

Modeling Fraunhofer diffractive characteristics for modulation transfer function analysis of tilted ring metallic mesh

In order to analyze the Fraunhofer diffractive characteristics and modulation transfer function (MTF) of a tilted ring metallic mesh, an optical intensity distribution model of Fraunhofer diffraction is built using Huygens–Fresnel diffraction theory and the diffraction integral is carried out directly in the tilted mesh plane. The diffraction characteristics of the tilted ring metallic mesh are in good agreement with experimental results, which proves the correctness of the model established. MTF of an optical system with metallic mesh is calculated based on the model established and Fourier transform. Analysis shows that the degradation of MTF caused by diffraction of a ring mesh is much less than that of a square mesh whether they are vertical or tilted to the optical axis. Therefore, ring mesh can provide higher imaging quality than square mesh when they are used as high-pass filters in optical windows. A tilted array diffraction modulating factor is abstracted and believed useful in the analysis of diffractive characteristics of tilted square mesh and ring mesh, and it can be extended to Fraunhofer diffractive characteristics analysis of other tilted diffraction arrays.     

Measuring the topological charge of vortex beams by using an annular ellipse aperture

We theoretically and experimentally investigate the Fraunhofer diffraction pattern of a vortex beam passing through an annular ellipse aperture. It is found that the pattern of the far-field diffraction intensity distribution exhibits some dark spots, which become clearer with increasing the value of the ellipticity factor of the annular ellipse aperture. The diffraction phenomenon is more obvious with increasing the value of the ratio of the inner long axis (or short axis) to the outer side of the annular ellipse aperture. The number of the dark spots in the Fraunhofer diffraction intensity distribution is just equal to the topological charge value of the measured optical vortex, and the centre of each dark spot is just a phase-singularity point. Based on this property, we can measure the topological charge of an optical vortex beam.     

光学干涉光谱的模拟与分析

应用Matlab编程仿真牛顿环及迈克尔逊干涉实验形成的图形,得到它们的光谱特性和相对光强分布,研究结果为光学仪器的检测及光波的测定提供理论依据.     

康托集类光栅衍射实验研究

衍射光栅它在当今信息时代是一种不可或缺光学元件,特别是在光谱学、激光工艺、光学信息处理、光通信等许多领域中都有着十分重要的应用。本文以康托集分形光栅为研究对象,自行设计并观察了康托集分形光栅三个阶段的夫琅和费衍射现象,根据惠更斯．菲涅耳原理,讨论了一维康托集分形光栅的夫琅和费衍射光强分布特性。     

从空气劈尖到牛顿环演变过程的课件制作

利用FlashMX设计制作了一个从空气劈尖过渡到牛顿环的演变过程课件，直观地展示了劈尖干涉和牛顿环同属于等厚干涉这一物理实质，从而进一步加深学生对等厚干涉的理解．     

孔径光阑限制下高斯光束的传输

对高斯光束在硬边孔径限制下的衍射进行了详细的理论研究,就不同口径的圆孔限制下高斯光束在菲涅耳衍射区和夫琅禾费衍射区的分布进行了理论分析,从而得到了孔径受限高斯光束的横向以及轴向的衍射公式,进而对高斯光束在不同衍射区域内衍射光场分布形状随孔径尺寸变化时的演化规律进行了数值计算,并对小口径光阑受限的高斯光束的衍射与平行光经同尺寸光阑的衍射进行了比较。结果表明在较小口径下,两者的分布基本一致。得到的孔径光阑限制下高斯光束的传输规律为高斯光束在自由空间光通信和光学超分辨中的应用提供了理论基础。