第一次光学大作业
-------双光束干涉的计算机模拟此次实验用matlab进行,软件版本为r2014a,
操作界面如图:
1.模拟双光束干涉条纹的强度分布曲线
源程序为:
lam=500e-9;
d=0.001;
D=1;
ymax=0.002;
xs=ymax;
ny=101;
ys=linspace(-ymax,ymax,ny);
for i=1:ny
L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+D/2);
L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+D/2);
phi=2*pi*(L1-L2)/lam;
b(i,:)=4*cos(phi/2).^2;
end
clf;figure(gcf);
nclevels=255;
br=(b/4.0)*nclevels;
subplot(1,2,1)
image(xs,ys,br);
colormap(gray(nclevels));
subplot(1,2,2)
plot(b(:),ys)
此时设定波长λ=500nm,双缝之间的距离d=1mm,缝到屏幕之间的距离D=1m。
2.当S1,S2之间的距离发生变化时,屏上条纹变化规律。
上面的源程序红色部分代表S1,S2之间的距离,修改可研究其变化规律
当d=2mm时,所的条纹为:
当d=1.5mm时,所的条纹为:
当d=2.5mm时,屏上条纹为:
结论:由多次试验所得条纹可知,随着d的增大,屏上的条纹变细,间距变大,随着d的减小,屏上的条纹变粗,间距变小。
3.当光源S上下移动时,屏上条纹分布的变化规律
源程序:
当S上移0.1mm时,
lam=500e-9;
bc=0.0002;
d=0.002;
L=1;
D=2;
ymax=0.0005;
xs=ymax;
ny=101;
ys=linspace(-ymax,ymax,ny);
for i=1:ny
L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+D/2);
L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+D/2);
phi=2*pi*(L1-L2+0.5*bc*d/L)/lam;
b(i,:)=4*cos(phi/2).^2;
end
clf;figure(gcf);
nclevels=255;
br=(b/4.0)*nclevels;
subplot(1,2,1)
image(xs,ys,br);
colormap(gray(nclevels));
subplot(1,2,2)
plot(b(:),ys)
修改源程序红色部分,即改变了光源的位置,可研究相应的规律当bc=0.2mm时,
当bc=0.4mm时,
结论:由此可见,当光源向上或向下平移时,条纹也将发生平移,光强不变,条纹间距不
变。
4.当光源S宽度变化时,屏上条纹分布的变化规律
源程序:lam=500e-9;
bc=0.0008;
d=0.002;
L=1;
D=2;
ymax=0.0001;
xs=ymax;
ny=101;
ys=linspace(-ymax,ymax,ny);
for i=1:ny
L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+D/2);
L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+D/2);
phi=2*pi*(L1-L2)/lam;
b(i,:)=2*bc+2*(lam*L/(pi*d))*sin(pi*bc*d/(lam*L))*cos(2*pi*phi/lam); end
clf;figure(gcf);
nclevels=255;
br=(b/0.0016)*nclevels;
subplot(1,2,1)
image(xs,ys,br);
colormap(gray(nclevels));
subplot(1,2,2)
plot(b(:),ys)
修改源程序中的红色部分,可改变光源宽度和最大灰度级对应的最大光强,即可研究其规律。
当bc=1.6mm时
当bc=0.1mm时,
特殊情况:当bc=λ/β=0.25mm时,条纹消失
结论:由此可见,在一定范围内条纹随bc的增大逐渐模糊,在一定范围内随bc的增大逐
渐清晰,,进一步研究表明,当bc<λ/β时,条纹对比度随bc的增大逐渐减小至0,在λ/β<bc<2λ/β范围内,条纹对比度现增加后减小。
5.扩展光源和非单色光源对干涉条纹的影响
非单色光源影响
源程序:
lam=500e-9;
d=0.002;
D=1;
ymax=0.002;
xs=ymax;
ny=101;
ys=linspace(-ymax,ymax,ny);
for i=1:ny
L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+D/2);
L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+D/2);
NI=11;
dL=linspace(-0.1,0.1,NI);
lam1=lam*(1+ dL);
phi1=2*pi*(L2-L1)./lam1;
b(i,:)=sum(4*cos(phi1/2).^2)/NI;
end
clf;figure(gcf);
nclevels=255;
br=(b/4.0)*nclevels;
subplot(1,2,1)
image(xs,ys,br);
colormap(gray(nclevels));
subplot(1,2,2)
plot(b(:),ys)。