錢淑珍 陳芳芳 倪小芳 吳平輝

（湖州師范學(xué)院理學(xué)院 浙江 湖州 313000）

0 引言

光學(xué)是大學(xué)物理學(xué)專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程，其中光的干涉既是光學(xué)的重要內(nèi)容，也是教學(xué)的難點(diǎn)，由于該部分概念繁多、內(nèi)容抽象、對實(shí)驗(yàn)依賴性大，學(xué)生對相關(guān)光學(xué)圖像和物理規(guī)律的理解有一定困難，直接影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和興趣[1-5]。當(dāng)然，可以通過改善實(shí)驗(yàn)條件來加強(qiáng)教學(xué)效果，但是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)長期受到各種條件的限制，如光學(xué)儀器價格昂貴，精確度要求較高，對環(huán)境要求苛刻，操作難度大等，學(xué)校往往無法實(shí)現(xiàn)人均一臺，同時傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還受到實(shí)驗(yàn)場地和時間安排的限制。因此，如何在有限的教學(xué)課堂內(nèi)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)光學(xué)課程的興趣，使學(xué)生全面深入理解光學(xué)規(guī)律，并形成直觀的物理圖像，是光學(xué)教學(xué)中的難題。

近年來隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，為上述問題的解決提供了可能，各類CAI軟件應(yīng)運(yùn)而生，給光學(xué)研究和教學(xué)帶來了極大的方便，然而筆者發(fā)現(xiàn)，目前的大部分實(shí)驗(yàn)仿真程序是由VB、C、Fortran等高級語言編寫。使用這些語言編程，要求編者具有良好的計(jì)算機(jī)編程能力，且耗時較長。Matlab是Mathworks公司于20世紀(jì)80年代推出的一款大型科學(xué)計(jì)算軟件，歷經(jīng)多年發(fā)展，現(xiàn)在已發(fā)展成為集數(shù)值分析、符號運(yùn)算、可視化等諸多功能為一體的科學(xué)與工程軟件[6-8]。為此，本文以光學(xué)等傾干涉現(xiàn)象的仿真為例介紹Matlab在光學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。

1 等傾干涉原理

擴(kuò)展光源上一點(diǎn)S發(fā)出的一束光照射到薄膜表面上，經(jīng)薄膜的上、下表面反射與折射后，在透鏡的后焦平面P點(diǎn)產(chǎn)生干涉，如圖1所示，由于干涉條紋與入射角有關(guān)，因此，稱其為等傾干涉。

圖1 等傾干涉裝置圖

由光學(xué)干涉理論可知，等傾干涉的光強(qiáng)分布可表示為[9]：

2 仿真過程及結(jié)果

為了方便計(jì)算，這里假設(shè)光波為垂直入射到薄膜上，且設(shè)光源波長為500 nm，薄膜厚度為0.25 mm，透鏡焦距為0.2 m。通過Matlab編程、計(jì)算，獲得等傾干涉二維和三維光強(qiáng)分布圖，分別如圖2、圖3所示。程序源代碼如下：

圖2 等傾干涉二維光強(qiáng)分布圖

由圖2和圖3可知，等傾干涉干涉條紋是由一組內(nèi)疏外密的同心圓環(huán)組成的。在仿真模擬中，薄膜厚度增加時，干涉條紋變得密集，離干涉中心越遠(yuǎn)，條紋越密集。這與理論分析一致，說明該仿真程序準(zhǔn)確形象地演示了光學(xué)等傾干涉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

圖3 等傾干涉三維光強(qiáng)分布圖

3 結(jié)束語

本文利用Matlab對等傾干涉實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬仿真，通過設(shè)置不同的光學(xué)參數(shù)，形象逼真地演示了光學(xué)干涉圖像。這種基于Matlab的計(jì)算機(jī)仿真具有靈活、生動、形象等特點(diǎn)，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課堂教學(xué)效果有積極的指導(dǎo)意義。

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