| 标题 | 基于LabVIEW的多光学现象动态仿真 |
| 范文 | 陈彪+吴春法 摘要：利用软件动态仿真光学现象，可使复杂的实验直观、形象，而且软件的使用不受环境的影响和实验仪器的限制，可应用于理论教学或者实验教学过程，使学生对光学理论的更加容易理解。因此，文章基于LabVIEW软件动态仿真了杨氏双缝干涉和夫琅禾费矩孔衍射两个实验。 关键词：LabVIEW；动态仿真；光学现象 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）29-0265-02 Abstract： By using software dynamic simulation of optical phenomenon， making the complex experiment vivid， the simulation of experiment by using software， which is not subject to environmental constrains， can be used for theoretical teaching and experimental teaching， facilitating student's understanding of the optical theory. Therefore， in this paper dynamic simulation of the experiment of Yang's double slit interference and Fraunhofer aperture diffraction Based on LabVIEW software. Key words： LabVIEW； dynamic simulation； optical phenomenon 1 概述 随着计算机技术的不断发展，出现了许多应用于光学仿真的软件，例如：Zemax、Matlab、Tracepro等软件[1]。利用软件来仿真光学现象，可以很好弥补在光学实验教学中，对环境要求高、现象不易观察等不足[2]。 目前，利用Matlab进行光学现象仿真研究，已经很普遍[3-6]，但大多数只是实现对光学现象的可视化，无法做到动态仿真的效果，并且Matlab软件要求使用者具备一定编程能力。因此，本文利用LabVIEW图形化编程语言的优点[7-8]，轻松地实现对杨氏双缝干涉和夫琅禾费矩孔衍射两个实验的动态仿真。 2 杨氏双缝干涉 2.1 主面板设计 图1是杨氏双缝干涉仿真的主面板。面板的左半部分的输入控件有：入射单色光波长调节按钮，调节范围在390～750 nm；狭缝宽度（缝宽）调节按钮，调节范围在0.05～1 cm；狭缝距离光屏距离（屏距）调节按钮，调节范围在0.5～2 m。面板中间有一个停止按钮，用于结束程序运行。面板的右半部分由杨氏双缝干涉条纹显示屏和强度分布曲线显示屏，用于显示杨氏双缝仿真结果。 2.2 缝宽对杨氏双缝干涉条纹影响分析 影响杨氏双缝干涉条纹的因素有：入射光波长、缝宽和屏距。我们保持入射光波长为550 nm，屏距1 m不变，只改变缝宽度来研究杨氏双缝干涉条纹，结果如图2，图3所示。 从两幅图像比较结果可以直观看出，干涉条纹宽度与缝宽成反比，这与事实相符合。我们也可以用同样的方法研究入射光波长和屏距对干涉条纹的影响，得到的结果也与事实相符。 3 夫琅禾费矩孔衍射 3.1 主面板设计 图4是夫琅禾费矩孔衍射图样仿真的主面板。面板的左半部分的输入控件有：入射单色光波长调节按钮，调节范围在390～750 nm；矩孔宽度调节按钮，调节范围在0.5～2 mm；矩孔长度调节按钮，调节范围在0.5～2 mm；透镜焦距调节按钮，调节范围在0.5～2 m。面板中间有一个停止按钮，用于结束程序运行。面板的右半部分是夫琅禾费矩孔衍射图样显示屏，用于显示衍射仿真结果。 3.2 矩孔对夫琅禾费矩孔衍射图样影响分析 影响夫琅禾费矩孔衍射图样的因素有：入射光波长、矩孔宽度、矩孔长度和透镜焦距。我们保持入射光波长为550 nm，透镜焦距0.5 m不变，只改变矩孔宽度和长度来研究杨氏双缝干涉条纹，结果如图5，图6，图7所示。 从三幅图像对比结果可以直观看出，夫琅禾费矩孔衍射图样的衍射亮斑集中分布在两个互相垂直的方向上，沿着矩孔宽度方向的亮斑宽度与矩孔宽度成反比，沿着矩孔长度方向的亮斑宽度与矩孔长度成反比，即光在哪个方向上受到限制越大，哪个方向的衍射就越明显，这与事实相符合。我们也可以用同样的方法研究入射光波长和透镜焦距对夫琅禾费矩孔衍射图样的影响，得到的结果也与事实相符。 4 结论 通过上述的研究表明，利用LabVIEW对光学现象动态仿真，其优点有：（1）LabVIEW可对光学现象进行动态实时仿真显示，仿真效果真实。（2）弥补通过实验仪器研究光学现象，對实验环境要求苛刻和现象不易观察等不足。（3）相比于Matlab文本编程实现光学仿真，LabVIEW图形化编程难懂大大降低。因此，本文研究为复杂的光学理论和实践教学提供了一种很好的解决思路。 参考文献： [1] 武月月，弥谦. 基于Matlab仿真衍射的模拟因素分析[J]. 电脑知识与技术， 2017，13（16）：216-219. [2] 范瑞明. 虚拟现实技术在光学实验教学中的应用[J]. 兰州教育学报，2013，29（1）：135-136. [3] 徐春芳，王浩然，王建岗，等. 基于Matlab的多光学现象仿真可视化设计[J]. 大学物理实验，2016，29（4）：86-88. [4] 周忆，梁齐. 用Matlab语言模拟光衍射实验[J]. 大学物理实验，2001，14（4）：47-48. [5] 余建立，王向贤，柏永胜. 基于GUI的光的干涉实验模拟研究[J]. 宜春学院学报，2011，33（8）：37-40. [6] 钟可君，张海林. 基于MatlabGUI设计的光学实验仿真[J]. 实验室研究与探索，2010，29（10）：52-53. [7] 李晨璞，谢革英，胡金江，等. 基于LabVIEW的牛顿环实验动态仿真[J]. 实验室研究与探索，2013，32（6）：97-101. [8] 陈锡辉，张银鸿. LabVIEW 8.20 程序设计入门到精通[M]. 北京：清华大学出版社，2011. |
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