光栅实验：使用 MATLAB GUI 深入探索光学原理

2023-12-06 18:56:50

简介

光栅是一种光学器件，由表面刻有许多平行狭缝或槽组成。当光线照射到光栅上时，它会根据波长发生衍射，产生一系列亮带和暗带。这种现象称为光栅衍射，它可以用于测量光谱、确定材料的折射率，以及研究光的波长特性。

光栅原理

光栅衍射的原理基于惠更斯-菲涅耳原理。根据该原理，当光线穿过光栅时，每个狭缝都充当一个新的光源，发出球面波。这些波在光栅后干涉，产生一系列衍射峰。衍射峰的角度取决于入射光的波长和光栅的槽距。

MATLAB GUI 光栅实验

在本实验中，我们将使用 MATLAB GUI 来控制光栅实验的参数并分析结果。该 GUI 提供了一个交互式界面，允许用户输入光源波长、光栅槽距和其他实验参数。

% 创建 MATLAB GUI
f = figure('Name', '光栅实验');

% 创建控件
uicontrol('Style', 'text', 'String', '光源波长 (nm):');
lambda_input = uicontrol('Style', 'edit', 'String', '632.8');

uicontrol('Style', 'text', 'String', '光栅槽距 (μm):');
d_input = uicontrol('Style', 'edit', 'String', '1.0');

% 创建按钮
uicontrol('Style', 'pushbutton', 'String', '运行', 'Callback', @run_experiment);

% 创建结果显示区域
results_text = uicontrol('Style', 'text', 'String', '结果将在此显示');

运行结果

运行实验后，MATLAB GUI 会显示衍射图案。该图案由一系列亮带和暗带组成，亮带对应于衍射峰。衍射峰的角度取决于输入的波长和槽距。

% 运行实验
function run_experiment(hObject, eventdata)
    % 获取输入参数
    lambda = str2num(get(lambda_input, 'String'));
    d = str2num(get(d_input, 'String'));

    % 计算衍射角
    theta = asin(lambda / (2 * d));

    % 更新结果显示区域
    set(results_text, 'String', sprintf('衍射角: %.2f 度', rad2deg(theta)));
end