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利用MATLAB模拟双曝光全息干涉场_物理论文

时间:2012-12-05  作者:秦艳利
(6)

结果可用图3的GUI界面模拟。从图下框中可看到,与垂直入射光比较,非垂直入射光产生的衍射光强形状不变,即主极大的半角宽度及主极大条纹的间距等不变,只是随的增加整个衍射光整体平移(当在法线异侧时(即取负值),衍射条纹向右移动;当在法线同侧时,衍射条纹向左移动)。

2.5 条纹宽度对衍射光强的影响

根据惠更斯一菲涅耳原理,光栅常数可知,对全息图来说,每个条纹宽b的大小与空间周期有关,会直接影响到单个条纹衍射因子的变化,这样对全息图干涉条纹的强度起到了较好的调制作用,利用图4的GUI界面,我们可以得到随着每个条纹宽的增加,主极

大的位置、半角宽度及主极大条纹的间距没有发生变化,但是主极大的光强度逐渐降低。

图4 基于matlab的角度变化GUI界面

 

 

图5的matlab的GUI界面是将几个参数综合界面,我们可以在定域范围内,任意改变某个参数,就可实时地在屏幕上观察到衍射强度和谱线规律。

 

图5 基于matlab的GUI界面

3 用CCD采集的双曝光照片和干涉场模拟

我们实验的数据是以钢尺为待测物体,其一端固定,施加100克的力。经过线性冲洗,

用与参考光同波长的单色光照射,然后物理论文,用CCD从不同方位采集钢尺全息图产生的二级干涉场照片。

3.1 钢尺面内纯转动再现时拍摄图片

这里我们取纸面为xy平面。在第二次曝光时,竖直向下(即y方向)施力。图6

(a)是记录时物光和参考光都为平行光,平行光与钢尺表面法线成入射,干板与钢尺面平行,再现时用平行光照射全息片;(b)为物光为平行光,入射角任意取的,参考光为扩束平面波拍摄,用一般平面波再现;

(c)记录时两束光都不是平行光,入射角也是任意取的。这里要说明的是,固定端的松紧度不同,条纹的零级没有在光照区域。

从图6可以看出,用不同的平面光源,以不同的观测角度及不同的距离所看到的条纹序数和分辨率都不一样。

3.2 mtalab模拟的光强分布

用mtalab模拟双曝光钢尺在面内纯转动的再现像干涉场。我们先推导光程差与位相差之间的几何关系怎么写论文。如图7所示。为简化说明,这里将入射光和物体反射光取在同一平面(即A点和干板在一个平面上)。因为物体在面内位移很小,我们可将两个再现像看成一个有很小角度的“双缝”,可认为观察点到全息干板的E点平均光强相等,于是有

(7)

因为很小,我们设,从图7中可知,也有

,相邻极大值间距为,于是我们可将式(15)写成

(8)

下图是用matlab模拟的在观察屏上(全息片)距轴线x处光场的振幅分布随面内转角变化的仿真分布。这个界面能够较好的反映角度、波长、物宽变化干涉场的变化。如图8

3.3 钢尺只做离面位移

设物平面为xy平面,物体做以y为转轴的离面位移时,物光为平行光。如图(9)所示,相当于两个再现物光波面形成一个空气“劈尖”。 物体位移前后的光程差可写成:,此时光强的解析式为

(9)

用matlab 模拟的以y为轴做的离面位移两物波干涉场,前面说过两个再现物光波形成的是空气“劈尖”物理论文, 空气折射率,所以光程差为楔角,为楔长,参照图9示意图。图10是不同角的干涉光场振幅分布。

5. 结论

通过上述讨论可知,利用MATLAB软件对双曝光全息图衍射和干涉进行仿真模拟,不受实验仪器和场所的限制,不用繁琐的重复冲洗全息片,就可直观形象的观察用平面光源照射全息图。从而可在定域内两个成一小角度的物虚像表面的干涉条纹数目(即二级干涉场),并可直接观察到光源的波数宽度、波长、入射角、条纹宽度对衍射场和干涉场的影响。在光学实验教学中,我们可以通过上面的matlabGUI界面改变某一个实验参数,就能得到不同实验条件下的衍射强度分布和衍射谱线,为大学物理实验的理论分析和实验仿真教学提供了教学改革的平台。这对于帮助学生理解光学原理具有积极的作用,进一步提高大学物理教学现代化的水平,有着积极地作用。


参考文献
[1]刘金龙.劈尖干涉条纹定域的解析研究[J].物理与工程,2008.18(4):54~57
[2]陈冠英.薄膜干涉条纹定域的确定[J].大学物理,1991,10(11):28~30
[3]程柱.光学原理教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.78~96
[4]熊秉衡.全息干涉计量­——原理和方法[M].北京:科学出版社,2009.309~431
[5]谢嘉宁,赵建林.光栅衍射现象的计算机仿真分析[J].佛山科学技术学院学报,2002,20(2):15-18.
[6]陈怀琛.MATLAB及其在理工课程中的应用指南[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
 

 

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