工程光学实验报告及程序完美总结[修改版].pdf

实验报告

一、实验目的

通过使用一定的处理工具，用软件方式实现光束入射到介质界面上的反射和折射特性模拟。通过程序

实现自定参数以及随机获取参数的光路显示。最终通过该实验使得自己对光学的折反射定律有更深的了解。

二、实验原理及方法

原理1（光的反射定律）：在反射现象中，反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内；反射光

线，入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角；(“三线共面，两线分居，两角相等”)。

原理2（光的折射定律）：在折射现象中，折射光线位于有入射光线和发现所决定的平面内；折射

角的正弦与入射角的正下按之比与入射角大小无关，仅有两种介质的性质决定。对于一定波长的光线而言，

在一定温度和压力下，该比值是一常数，等于入射光所在介质的折射率n与折射光所在介质n’之比，即：

n’sinI’=nsinI(其中I,I’分别为入射角与折射角大小)。

在本次实验中，为了实现对光的折反射的模拟，我们采用了Matlab软件，进行仿真。利用Matlab中的

GUI界面，进行效果的显示。

三、实验内容及步骤

首先通过开启Matlab软件，打开其中的GUI窗口，效果如图1.1所示

图1.1GUI开启界面图

然后通过适当地增添所需按键及选项，绘制如图1.2所示的GUI窗口图。

在图1.2中，ni,nt,thi,thr,tht分别表示入射介质的折射率，折射介质的折射率，入射角大小，反射角大

小以及折射角大小。

S1按键的作用：按下S1前需要手动在为“EditText”类型的ni,nt,thi中输入三个参数，当按下S1时，

在界面“axes1”中将显示满足上述三个参数的入射光线反射光线以及折射光线，并且会在其更新显示各个

“EditText”类型中的值。

S2按键的作用：按下S2按键后，将自动获取“EditText”类型中ni,nt,thi三个参数，并且将thi进行8

等分，将入射光线，反射光线，折射光线进行动态显示，并且更新显示结果。

S3按键的作用：按下S3按键后，用鼠标在“axes1”界面中的区域内（当前由于程序的设定，只能获

取鼠标在0

在其中按键“Update”作用不大，仅仅是在对界面进行初始化（没有这一按键也可，因为在S1,S2,S3

。可以适当删除不需要的按键。

图1.2GUI仿真界面图

当将一些要实现的功能定好后，就可以通过GUI所产生的M-file进行编程了。可以通过右击GUI仿真

界面图，如图1.3所示。

图1.3GUI进入M-file编辑示意图进入M-file后，如图1.4所示。可以通过各个按键的函数进行编程，

并且各个函数之间通过句柄（类似C语言中的指针）进行相互之间的访问以及数据的调用。

图1.4M-file编辑界面图

最后通过适当的调节与不断的修该，可以达到较好的仿真效果。

四、实验结果

当按下S1按键后，结果如图1.5所示。

图1.5S1按键后结果显示效果图

当按下S2按键后，结果如图1.6（其中动态显示一步的截图）所示。

图1.6S2按键后结果的效果显示图

当按下S3按键后，结果如图1.6所示。

图1.6S3按键后结果的效果显示图

在实验过程中，通过三个按键可以进行自定参数以及随机参数的选择，并且将所得参数进行显示以及

绘制光路。在按下S1按键时，实现自定参数的画图，所以需要先在左上角输入3个参数（在实验内容中已

有介绍），在参数的输入中，入射角要求小于90度，否则虽然有显示，但是显示出错。在按下S3按键时，

实现随机获取参数的画图，可以自动获取鼠标的位置坐标，但是对鼠标的放置的位置范围有要求（在实验

内容中已有介绍），这是由于在绘制光线的过程中的程序设定所限制的。否则当鼠标的位置超出所设定的要

求范围时，将自动按输入的入射角为0度处理（这也是程序设定的）。这样设定的目的是为了方便一般的视

觉视图，左上部分是入射光线，右上部分是反射光线，右下部分是折射光线。

五、实验分析

在本次实验中，遇到的主要问题有以下几个：

问题

1、参数的限定条件。在实验过程中，按下S1按键后，只能通过设定3个参数（ni,nt,thi）进