基于MATLAB的偏振光干涉设计与仿真

《自动化与仪器仪表》２０１２年第３期（总第１６ｌ期）基于ＭＡＴＬＡＢ的偏振光干涉设计与仿真?刘勃，张利军，赵利民，温志贤（天水师范学院物理与信息科学学院摘甘肃天水，７４ｌ００１）要ＭＡＴＬＡＢ语言给抽象物理现象的计算机动态模拟提供了简单，高效的编程环境。本文对偏振光干涉理论进行了ＭＡＴＬＡＢ设计与仿真，在分析偏振光千涉现象模型的基础上，运用ＭＡＴＬＡＢ工具实现了偏振光干涉现象的计算机仿真，使这一抽象而复杂的物理现象变得直观、简单，且容易理解。关键词：ＭＡＴＬＡＢ：偏振光：相位差：仿真Ａｂ醴ｌ翟吐：Ｍ睛ＴＬＡＢｌａｎｌｎｌａ窖ｅ删ｄｂｓａ萄ｒＩ咄娟ｃｉｅｍ口Ｄ胛删ｎｇａｌｖｉｒｊ唯ｍ蜘ｔｌｏｃｃ娜ｔｅｒｄｖｌｌａ丽ｃｓｊ咖ＩＩａ右０ｎＨ霉如ｉＩｌ把ｍ静锄ｃｅ凼∞ｆｙｉｓｆｏｒａｂｓｎ砸ｐｈｙｓ砌ｍ世毗町ｌｅｒ啪．ｈ出ｉｓ饼Ｉｐｅｆ：ｄ℃ｐ乩骶ｉｚｅｄｄ鹤ｉ霉删ａｎｄ鲕ｍｌｌｌａ尬ｄ嘧ｇＭ【ＡｒＬＡＢ．Ｃｈｌ山ｅｂ勰ｉｓｏｆｔｈｃａｌｌａｌｙｓｉｓｏｆｔｌ赡ｉＩｌｔｅｆｆｂ豇－ｃｅｐｈｅ巾叫ｎ叽∞ｏｆｐｏｌａｒｉｚｅｄｌｉ曲ｔ埘ｏｄｅｌ，ｃｏｍ棚ｌｔ盱ｓｉｍｌｌＩａｔｉ伽ｉｓａｃ晡ｅｖｅｄｔ０ｐ｜乩捌ｌｉｇｈｔｂｙ砸ｌｉ五ｎｇ～＂ｄＬＡＢ侧，ｗｍ曲ｍａｂ岫北ｌｓｔｒａｃｔ胁ｄｃｃ咀嗽口量崩∞㈣ｈ｝ｃｌ∞幛ｄｉｍｃＩ，醯毗ａｌｌｄ唧幻ｍｌｄ酉啦ｍｄＫｅ，ｒｗｍ恢Ｍ觚ＡＢ；Ｐｃｄ捌Ⅱ咖；№ｄｉｆｆａ期∞：ＳｉＩＩ：叫ａｌｉ眦中图分类号：ＴＰ３９?ｉＩｌｔｅｒｆ锄ｃｃ口蛔ｏｌｎｅｎ∞ｏｆ文献标识码：Ｂ文章编号：１００卜９２２７（２们２）∞一０１４１－０２Ｏ弓Ｉ言互之问有相位差而振动方向相互垂直的偏振光。如图１所示，这两柬光再经检偏振器后，两者在检偏振器的偏振化方向上的分振动是具有相十性的¨“１。ＭＡＴＬＡＢ语言是Ｍａｔｈｗｏｒｋｓ公司于１９８２年推出的一套高性能的数值计算可视化软件，它集数值分析、矩阵运算和图形显示于一体，被称为演算纸式的语言，是当今国际上以图２为例，图中表示偏振片Ｐ，与偏振片Ｐ。放在偏振化方向两相正交的位置，这两柬光线通过偏振片Ｐ，时，只有和Ｐ。的偏振化方向平行的分振动可以通过，而且所透过最具活力的软件开发工具包。它提供了强大的科学运算、灵活的程序设计流程、高质量的图形生成及模拟、便捷的与其它程序和语言接口的功能。高质量的图形生成及模拟的两分振动的振幅矢量Ａ。。和Ａ：。的方向相反。而Ａ。。和Ａ。。的量值分别为Ａ。和Ａ。在Ｐ：和Ｐ．方向上的分量，即＾２。２Ａｅｃｏｓ少，Ａ２０２Ａｏｓｉｎ∥式中口是偏振片Ｐ，的偏振化方向和晶片的光轴ＣＣ’之间的夹角。冈偏振片Ｐ，和偏振片Ｐ，放在相互正交的位置，由ｃｏｓ卢＝ｓｉｎ口．ｓｉｎＦ＝ｃｏｓ口得｛包括完成２Ｄ和３Ｄ数据图示、图像处理、动画生成、图形显示等功能。通过ＭＡＴＬＡＢ高质量的图形生成及模拟功能对抽象物理现象的细致模拟，使这砦过程变得非常直观明了，从而把一‘些抽象的理论简明化，而且这种方法的实现要比其它的一砦仿真软件简单、易行¨。２１。本文在分析偏振光干涉现象数学模型的摹础上，提出利用ＭＡＴＬＡＢ简单、高效的编程工具。对偏振光的干涉现象进行计算机程序设计与仿真实现，仿真结果证明了这种方法在展现偏振光干涉这一抽象、复杂的物理现象时的便捷性和直观性。１Ａ２。－Ａ】ｃｏｓ声ｃｏｓ口２Ａ１ｓｉｎ口ｃｏｓ口Ａ１ｓｉｎ口ｃｏｓ口，Ａ矿Ａｌｓｉｎ口ｓｉｎ卢２由此可知，透过偏振片Ｐ，的光，是由透过Ｐ，的线偏振光所产生的振动方向相同、振幅相等、有恒定相位差的两束相干光，因而能够产生干涉现象。由于这两束光的相位偏振光的干涉’霄＾相反，所以除与晶片厚度有关的相位差！？（一。一行。）外，还有一附加的相位差石。因此总相位差等于，警，。①瘩锤图ｌ偏振光的干涉＾§图２两束相千偏振光振幅的确定２’骨ａ（△力总＝，＿（一。一珂。）＋窍＾，当（Ａ彩总＝２ｋ，ｒ或（ｎ０一ｎ。）ｄ＝（２ｋ一１）三时，干涉最强，视二场最明亮，其中ｋ＝１，２，３…．。当（△咖ｅ＝（２ｋ＋１）万或（ｎｏ—ｎ。）ｄ＝ｋ五时，干涉最弱，视场变暗。偏振光干涉的一＾ＴＬ＾Ｂ仿真从偏振器得到的线偏振光，经过晶片后，成为两柬相收稿日期：２０１２一０２—０６作者简介：刘勃（１９７０一），男，教授，博士，主要研究方向为图像处理和计算机应用技术。＋基金项目：甘肃省自然科学基金计划项目ｎ０１０ＲＪｚＥ０２８）；２．１建模如果以ｎ。和ｎ。分别表示晶片Ｃ对振动面相互垂直的。光和ｅ光的主折射率，ｄ表示晶片的厚度，方解石晶体Ｃ的（下转第１１４１４４页）天水师范学院“青蓝”人才工程基金项目资助万方数据ｌ０９ｍ’沸腾焙烧炉系统余热锅炉除灰技术改造何华，等气脉冲爆破除灰装置之后．ｎｒ以看出，大大降低吹灰成本．为公司节省了肝支。３．２除灰效果分析等处由于声能、热能、冲击力的作用，积灰情况大有改善。４结论云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖分公司锌厂锌焙烧炉余热锅炉除灰系统经过改造，把原来的机械振判除灰装置换成高能燃气脉冲爆破除灰系统，除灰效果得到明显改３．２．１炉向水冷壁管积友改变情况该余热锅炉在改用高能燃气脉冲爆破除灰系统后．前期焙烧炉燃用同样品质的锌精矿时，在燃气高能脉冲吹灰的声能、动能、热能的作用下，水冷壁管积灰变得松散，不易粘结，除灰容与｝，其品大积灰厚度从嫱Ｊ『始使用机械振打除灰的１５ｍｍ降低到６ｍｍ．蛀小积灰厚度由３ｍｍ降至ｌｍｍ；致使炉内检测温度稳定，平均温度上升２０℃以上，传热效果良好．蒸汽生产能力提高，节能效果明显。３．２．２其他管壁积灰改变情况尾部烟道处积灰在爆破除灰系统投入运行后，松散积灰增多，管段由于积灰腐蚀减少，锅炉中段处烟温上升０℃以上．锅炉后段处烟温上升５℃以上．有效地提高了锅炉的热效率。射外．人孔门积灰情况得到很好改善，均１善。积灰厚度值大大减小，排烟温度降低．锅炉效率提高，并且节省了该锅炉所耗能源量，同时减少该系统检修周期，提高了曲靖分公司锌厂经济效益和生产效率．此次改造的成功实例可供同为余热锅炉的其他行业参考。参考文献［１】姚纪恒，冯景源，罗红新锅炉蒸汽畎灰、声波畋灰和商能燃气脉冲耿灰的技术轻济比较［ｊ］锅炉技术，２００１，３２（１２）：２６—３０【２ｊ朱予东基于熵产分析及数值模拟的锅妒忧化吹灰的研究【Ｄ］．华北电力人学博士学位论文，保定．２００８：卜２．［３］何源．余热锅炉受热面的积荻及其对策［Ｊ］．工业炉．２０００，２２（３）．３卜３３．处于国家标准范围；其次，凝渣管屏、对流管柬、阻流扳（上接第１４ｌ页）ｎ。，ｎ．分别为１．６５８３６和１．４８６４ｌ，当Ｐ。年¨Ｐ：相互ＪＥ交时?从’”当Ｌａ曲ｄａ＝５００ｎｍ时．其仿真结果如图３所永。可以明疆的看出偏振光干涉条纹及其光强分却和相位差之『口Ｊ的戈系。偏振片Ｐ，出来的两束光的相位差为△≯＝竿（‰一～Ｆ＋口，。Ｚ合振幅为Ａ２、Ａ－２＋一２０‘＋２一ｈ—Ｍ∞ｓ似咖ｎ光强为：，＝２爿。２ｃｏｓ２口ｓ妯２反Ｉ＋∞ｓ△≯）随着晶片厚度ｄ的小同．△ｄ不同．强度也不同。２．２程序与实验结果针对上述偏振光干涉盼物理数学设计，其ⅡＡＴＬＡＢ程序如下：Ｌａｍｂｄａ＝ｉ几ｐｕｔ（’衙入光的波长（单伉为ｎｍ）’）：Ｌ８Ｉｎｂｄａ＝Ｌ８ｍｂｄａ?１０（９）：３结论圈３偏振光Ｔ涉实验图借助ＭＡＴＬＡＢ语言对大学物理课程中偏振光十涉这一ｄｍａｘ＝２｝１０‘（一４）：ｘｓ：ｄｍａｘ：Ｎｄ＝ｌＯｌ：％ｄ方向分成ｌ叭点ｄｓ＝ｌｉｎｓＤａｃｅ（～ｄｍａｘ．ｄｍａｘ，Ｎｄ）：ｎｏ＝１＿６５８３６：ｎｅ＝１４８６４ｌ：ｆｏｒｉ＝Ｉ：Ｎｄ复抽、抽象的物理现象动态仿真实现，叮以直观有效的认识与其相类似的比较复杂物理现象。同时在利用ＭＡＴＬ＾Ｂ语言对抽象物理现象进行讣算机设计仿真时，首先必须对物％％埘拿部点进行循环计算Ｐｈｉ＝２＋ｐｉ｝（ｎｏ—ｎｅ）．￥ｄｓ（ｉ）．／Ｌ枷ｂｄａ邮ｉ：讣算相位差理过程进行数学抽象，建立适合程序实现的数学模型，然后利用ＭＡＴＬＡＢ软件包中的有关工具编制ｍ文件．壤后调整有关参数对物理过程和物理现象进行模拟，从而ａｆ以把抽象的物理问题进行简叫、直观的动态展现。参考文献［１］刘勃，温志贤ＭＡＴＬ＾Ｂ基础及其应用［Ｍ］南京：东南大学出版Ｂ（ｉ，：）＝４‘ｓｉｎ（ｐｉ／４）｝ｓｉｎ（ｐｉ／４）｝ｃｏｓ（Ｐｈｉ／２）．一２：％计算该点光强ｅｎｄ％在屏上叫出图象ｃ１ｆ：ｆｉｇｕｒｅ（ｇｃｆ）：ＮｃＬｅｖｅｌｓ＝２５５：％Ｂｒ一％清图形窗，将它移到前面社．２０“％确定用的灰度等绂定榱使屠大光强（４０）对麻于培大灰度级（白色）（Ｂ／４．０）｝ＮＣｌ｜ｅｖｅｌｓ：［２］捌吼天，于Ｉｉ，阎华粱．ＭＡＴＬ＾Ｂ程序设计语言［Ｍ］西安：西安电子科技人学出版辛ｔ，１９９７．［３］卢德馨．大学物理【岫北京：高等教育出版社．１９９８［４］赵凯华，钟锔华．光学（上册）［Ｍ］北京：北京人学ｍ舨社，１９８４．２７４ｓｕｂｐｌｏｔ（１．２．１），ｉｍａｇｅ（ｘｓ．ｄｓ，Ｂｒ）：％画图象ｃｏｌｏｒｍａｐ（ｇｒａｙ（ＮｃＬｅｖｅｌｓ））：强变化曲线ｇｔｅｘｔ（’ｆ‘涉条纹’）：ｇｔｅｘｔ（’光强分柿’）％用灰度级颜色蹦ｓＵｂｐｌｏｔ（１，２，２）．ｐｌｏｔ（Ｂ（：）．ｄｓ）％画出沿ｄ向的光［５］姚启钧光学教程ｆＭ】北京：高等教育出版社。１９８１．［６］扎丽晶．骆万发基ｊ：Ｍａ¨ａｂ的单轴晶体锥咒ｆ一涉图样模拟［Ｊ］．物理实验。２００９．２９（２）：１３一１６．１４４万方数据基于MATLAB的偏振光干涉设计与仿真

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

刘勍， 张利军， 赵利民， 温志贤

天水师范学院物理与信息科学学院 甘肃天水,741001自动化与仪器仪表

Automation & Instrumentation2012(3)

参考文献(6条)

1.刘勍;温志贤 MATLAB基础及其应用 20112.楼顺天;于卫;阎华粱 MATLAB程序设计语言 19973.卢德馨 大学物理 19984.赵凯华;钟锡华 光学 19845.姚启钧 光学教程 1981

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引用本文格式：刘勍.张利军.赵利民.温志贤 基于MATLAB的偏振光干涉设计与仿真[期刊论文]-自动化与仪器仪表2012(3)

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