基于Python的光学现象可视化分析

光的干涉和衍射现象可调参数较多,现象较为丰富,为了较好的理解相关光学现象,借助计算机语言进行可视化分析是非常有效的研究方法。以杨氏双缝干涉实验和夫琅禾费单缝衍射实验为示例,利用Python语言对相关实验现象进行了仿真研究,分析了不同入射波长、不同双缝间距、不同单缝大小等参数下的实验现象。结果表明,采用Python语言具有直观形象、操作简单、参数灵活可调等优点,为相关光学知识的学习提供了有益的支持。

拉盖尔-高斯光束双缝衍射图样的仿真

研究了拉盖尔-高斯光束经过双缝衍射后的条纹分布和光强大小的影响因素.结果表明:双缝衍射图样是一组平行于狭缝且明暗交替分布的条纹,中央零级出现了两条主极亮条纹,次极亮条纹的光强随着条纹级数的增加逐渐减小;衍射条纹的分布跟拓扑荷数、衍射距离、狭缝宽度、狭缝间距和光斑大小等紧密相关.研究结果可能在涡旋光束拓扑荷数的测量及信息传输方面具有潜在的应用价值.

用Matlab比较双缝干涉和双缝衍射

运用Matlab软件,对双缝衍射和双缝干涉、单缝衍射的光强分布和谱线特征进行了数值模拟,绘出实验中难以观察到的光强分布图,比较出双缝衍射与双缝干涉及单缝衍射的联系与区别。

电子双缝衍射的计算机模拟

根据电子双缝衍射强度分布函数,利用Visual Basic编程,实现了电子双缝衍射的计算机模拟.该模拟不仅生动再现了电子衍射图像,而且通过控制电子产生的速度,能让电子逐个打到屏上,能加深电子是概率波的认识.程序语言简单易学,利于进一步开发.

从双缝实验看干涉和衍射的本质

以双缝为例,从装置图、实验照片和光强度分布入手,讨论了双缝干涉与双缝衍射的区别和联系,从而较深入地探讨了光波干涉与衍射的本质。

电子衍射、干涉的量子理论

运用量子理论分析了电子双缝、多缝的衍射、干涉，与光的双缝、多缝的衍射、干涉完全一致．

夫琅禾费双缝衍射的理论和实验研究

根据基尔霍夫衍射理论推导了入射光为高斯型分布和狭缝宽度不同的双缝衍射公式,结合数值分析讨论了狭缝宽度不同、入射光为高斯型分布和光斑半径对双缝衍射光强分布的影响,并利用实验探讨了双缝沾有污渍、探测器采样口的选择、两狭缝宽度不等、光斑中心与双缝中轴线是否重合等因素对双缝衍射的影响,通过理论分析和实验验证对实验现象进行了定性描述,找出实验中出现与理论存在差异的实验现象的原因.

用薛定谔方程和路径积分方法研究中子双缝衍射

通过严格求解薛定谔方程,得到双缝中的中子波函数,再由路径积分方法求得中子衍射波函数,最后推导出中子双缝相对衍射强度和衍射图样位置之间的解析关系,所得理论结果与实验数据符合较好,

双缝衍射现象的实验研究

双缝衍射是指被单缝衍射调制的双缝干涉现象.以定性分析双缝衍射光强分布为基础,对双缝衍射实验过程中出现的各级明条纹中心的光强并不相等,且包络内中间光强并不是最大的现象作了深入分析和研究,并指出这些现象出现的原因.

Talbot效应的简单解释

从双缝干涉的简单理论出发,将光栅分解为许多组双缝,利用人们熟知的干涉条纹间距公式导出Talbot成像位置,结论与Talbot效应公式一致。并由实验证实,在(2 m 1)d2/λ(m为正整数)的位置得到的为横向平移d/2的周期像,并非原周期性物的负反差像。

狭缝宽度对双缝后光场分布的影响

双缝光叠加的内容是波动光学中的重要组成部分,其后场是单缝菲涅耳衍射与双缝干涉综合作用的结果,难以得到精确的解析表达。本文基于波动光学中的惠更斯-菲涅耳原理,通过Matlab数值计算获得了不同双缝之后的光场分布。结果表明狭缝的宽度对其后叠加光场分布的影响很大。对于不透光部分为5.0mm的等宽双缝,当缝宽与入射光波长数量级相同时,其后轴线附近的光场可近似为杨氏双缝干涉结果;当缝宽比入射光波长大1～2个数量级时,其后场可近似为单缝夫琅禾费衍射修正的杨氏双缝干涉结果;而当缝宽比入射光波长大3个数量级以上时,后场表现为明显的直线传播特性。只有在宽度适当的双缝之后才出现典型的光栅衍射图谱,而且两缝宽度之间的差异将使得反衬度γ降低,导致条纹模糊。

光学设计性实验研究

介绍PASCO实验平台在光学设计性实验中的应用。在PASCO实验平台上设计并完成了单缝衍射、双缝干涉和偏振等实验。用软件对数据采集处理,得出光强与位置关系曲线图。

频谱法在光的双缝干涉计算中的应用

杨氏 ( T.Young)双缝干涉实验在波动光学的创立与发展过程中起着重要作用。本文提出了计算双缝干涉光强分布的新方法频谱法 ,其主要数学手段为傅里叶变换。该方法计算程序规范 ,原则上可以用来普遍地处理光的干涉。

光的波粒二象性的实验演示

用光子计数仪作光强检测装置 ,通过测量衍射后的光子计数的空间分布来演示光的波粒二象性 .

用量子理论新方法研究C_(60)分子的双缝衍射

微观粒子的运动规律一直是人们很感兴趣的课题,为了更好地解释物质波衍射问题,本文用量子理论新方法研究C60分子的双缝衍射,首先用薛定谔方程严格求解左右缝中的C60分子的波函数,再由费曼路径积分量子理论计算得到C60分子在缝后的衍射波函数,继而得到衍射屏上的衍射波函数,在考虑退相干效应对此双缝衍射的影响时,由数学转换求出C60衍射波函数模方与衍射屏上的衍射位置之间的数学关系表达式,理论计算与实验数据拟合结果很好,这说明微观粒子的衍射需要用完全的量子理论方法进行研究,由此可推得此方法对微观粒子运动的研究具有普适性,还可以对物质波及其他粒子的单缝衍射、多缝衍射和光栅衍射进行研究。

基于量子理论的电子双缝衍射实验

用薛定谔方程求解电子在缝中的衍射波函数,用路径积分方法求解电子在缝外的衍射波函数,最终推导出衍射强度的关系式.理论计算结果和实验测得数据符合相当好,验证了量子理论方法能够精确解释电子的衍射现象.

杨氏双缝实验中的干涉与衍射现象

杨氏双缝干涉实验中观测的干涉条纹实际上是位于单缝衍射中央明条纹区域内。实际工作中可以将这两个实验综合起来,学生在这个过程中可以清楚单缝衍射与双缝干涉之间的不可分离的关系,有助于学生将理论知识应用于实际,活学活用,促进学生理论水平的提高。

干涉与衍射异同点的探讨

结合近几年从事基础物理的教学经验,围绕波动光学中相关知识点,提出了一种严格阐述干涉与衍射的方式和方法:即从光栅的光强度分布公式入手,讨论了光栅、多光束干涉、双缝实验的光强度分布情况,并系统地说明了其中的区别和联系,从而较深入地探讨了光波干涉与衍射的本质。以期对基础物理教学提供一些有益的借鉴,其中提出的一些观点和方法还有待在今后的物理教学实践中不断积累和完善。

夫琅和费双狭缝衍射的讨论

讨论了夫琅和费双狭缝衍射的振幅、光强分布、衍射图样.从单缝衍射效应和缝间干涉效应出发,来分析不等宽夫琅和费双缝衍射的基本方法.

双缝干涉与单缝衍射明暗条纹级次的设定

文章对现如今大学物理教科书中关于杨氏双缝干涉与夫琅禾费单缝衍射明暗条纹分布级次的设定进行了分析与讨论,结果表明有些关于条纹分布级次的表达方式是不够确切的、完善的,甚至是错误的。作者建议在大学物理教科书中对于杨氏双缝干涉与夫琅禾费单缝衍射明暗条纹分布级次的设定应采取统一的规范化的表达方式。