光栅衍射实验仿真设计与研究

华玲玲 杨 阳

（1华北科技学院 基础部，北京 101601）

（2华北科技学院 计算机系，北京 101601）

1 引言

光栅衍射是大学物理课程中比较复杂的问题，也是学生不易理解的问题.首先，计算光栅衍射的光强分布需利用菲涅耳-惠更斯原理［1］对复函数积分，通常很难得到解析解.由于菲涅耳衍射积分的复杂性，在目前的大学物理教材中，通常都是直接从原理上解释光栅衍射是由单缝衍射与多缝干涉共同作用的结果，然后直接给出光强分布公式，这难免使学生在学习过程中似懂非懂.其次，由于受光栅常数d、总缝数N、透光缝宽a、入射光波长λ、透镜焦距f、入射方向等多种因素的影响，光栅衍射谱线特征变化丰富.传统的光学演示实验对实验环境要求苛刻，很难引入课堂教学，而且也难以充分展示光栅衍射所有谱线特征.因此如何让学生充分地理解光栅衍射原理又能直观地观察谱线特征成为了教学的难点.

本文提出一种依据惠更斯-菲涅耳原理，用实函数积分直接导出光栅衍射在光屏上任一点的合振动的表达式以及光强分布函数的方法，无须采用复函数，也无须采用矢量合成法［2］.同时，利用Matlab提供的图形用户界面（GUI）来设计光栅衍射仿真界面.此方法构建的仿真平台具有界面友好、操作简单、可扩展性强等优点，用户不需要懂得Matlab语言，只要点击相应按钮，改变相应参数，就可直观、形象地展示光栅衍射过程.对激发学生学习兴趣，总结实验规律，辅助教学等有……