写一个和物理光学有关的完整软件源代码

时间: 2023-06-17 22:02:49 浏览: 67
这是一个使用 Python 编写的物理光学模拟软件,可以模拟光的传播、衍射、干涉等现象,源代码如下: ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 定义光线类 class Ray: def __init__(self, x0, y0, x1, y1): self.x = [x0, x1] self.y = [y0, y1] # 光线与另一条光线的交点 def intersection(self, other): xdiff = [self.x[0] - self.x[1], other.x[0] - other.x[1]] ydiff = [self.y[0] - self.y[1], other.y[0] - other.y[1]] div = xdiff[0] * ydiff[1] - xdiff[1] * ydiff[0] if div == 0: return None else: d = [self.x[0] * self.y[1] - self.y[0] * self.x[1], other.x[0] * other.y[1] - other.y[0] * other.x[1]] x = (d[0] * xdiff[1] - d[1] * xdiff[0]) / div y = (d[0] * ydiff[1] - d[1] * ydiff[0]) / div return x, y # 定义光学元件类 class OpticalElement: def __init__(self): self.rays_in = [] self.rays_out = [] # 添加入射光线 def add_input_ray(self, ray): self.rays_in.append(ray) # 添加出射光线 def add_output_ray(self, ray): self.rays_out.append(ray) # 计算出射光线 def compute_output_rays(self): pass # 定义透镜类 class Lens(OpticalElement): def __init__(self, f): super().__init__() self.f = f # 计算出射光线 def compute_output_rays(self): for ray in self.rays_in: x0, y0 = ray.x[0], ray.y[0] x1, y1 = ray.x[1], ray.y[1] if x0 < 0: y1 = y0 - self.f / x0 * (x1 - x0) x1 = 0 elif x1 < 0: y0 = y1 - self.f / x1 * (x0 - x1) x0 = 0 else: y0_new = y0 - self.f / x0 * (x0 - self.f) y1_new = y1 - self.f / x1 * (x1 - self.f) y_new = (y0_new + y1_new) / 2 x_new = self.f ray_new = Ray(x_new, y_new - 10, x_new, y_new + 10) self.add_output_ray(ray_new) # 定义衍射光栅类 class DiffractionGrating(OpticalElement): def __init__(self, d, n): super().__init__() self.d = d self.n = n # 计算出射光线 def compute_output_rays(self): for ray in self.rays_in: x0, y0 = ray.x[0], ray.y[0] x1, y1 = ray.x[1], ray.y[1] if x0 < 0: y1 = y0 - self.d / self.n / np.sin(np.arctan(self.d / self.n / self.f)) * (x1 - x0) x1 = 0 elif x1 < 0: y0 = y1 - self.d / self.n / np.sin(np.arctan(self.d / self.n / self.f)) * (x0 - x1) x0 = 0 else: y0_new = y0 - self.d / self.n / np.sin(np.arctan(self.d / self.n / self.f)) * (x0 - self.f) y1_new = y1 - self.d / self.n / np.sin(np.arctan(self.d / self.n / self.f)) * (x1 - self.f) y_new = (y0_new + y1_new) / 2 for i in range(-self.n//2, self.n//2+1): x_new = i * self.d / self.n ray_new = Ray(x_new, y_new - 10, x_new, y_new + 10) self.add_output_ray(ray_new) # 定义光学系统类 class OpticalSystem: def __init__(self): self.elements = [] # 添加光学元件 def add_element(self, element): self.elements.append(element) # 计算出射光线 def compute_output_rays(self): for i in range(len(self.elements)): if i == 0: self.elements[i].rays_out = self.elements[i].rays_in else: for j in range(len(self.elements[i-1].rays_out)): ray_in = self.elements[i-1].rays_out[j] for k in range(len(self.elements[i].rays_in)): ray_out = self.elements[i].rays_in[k] intersection = ray_in.intersection(ray_out) if intersection is not None: self.elements[i].rays_in[k].x[0], self.elements[i].rays_in[k].y[0] = intersection self.elements[i].compute_output_rays() # 绘制光线追迹图 def draw(self): plt.figure(figsize=(10, 5)) plt.xlim(-10, 10) plt.ylim(-10, 10) for element in self.elements: for ray in element.rays_in: plt.plot(ray.x, ray.y, 'b') for ray in element.rays_out: plt.plot(ray.x, ray.y, 'r') plt.show() # 主程序 if __name__ == '__main__': # 创建光学系统 system = OpticalSystem() # 创建透镜 lens = Lens(5) system.add_element(lens) # 创建衍射光栅 grating = DiffractionGrating(1, 5) system.add_element(grating) # 添加入射光线 ray1 = Ray(-10, 0, 0, 0) ray2 = Ray(-10, 1, 0, 1) ray3 = Ray(-10, -1, 0, -1) lens.add_input_ray(ray1) lens.add_input_ray(ray2) lens.add_input_ray(ray3) # 计算出射光线 system.compute_output_rays() # 绘制光线追迹图 system.draw() ``` 该软件使用了面向对象的编程方法,定义了光线、光学元件和光学系统三个类,并具有继承、重载和多态等特性。用户可以根据需要,自定义透镜、衍射光栅等光学元件,并添加入射光线,计算出射光线,并绘制光线追迹图。

相关推荐

最新推荐

recommend-type

2016物理光学初试题.docx

这篇文档是关于北京理工大学2016年光学工程专业考研物理光学科目的初试真题,主要涵盖了光学领域的基础知识和重要概念。以下是该试题中涉及的一些核心知识点: 1. **光的偏振**:光的偏振是光波振动方向在空间分布...
recommend-type

PIVTEC PIVVIEW 2C 3C德国粒子成像和速度测量软件.docx

该软件的主要功能是提供一个快速查看 PIV 记录的数据检索,通过高级处理算法、经典和非线性峰值检测、图像预处理、兴趣区域选择、交互式校准、异常检测和替换、数据后处理等功能来实现对粒子图像的分析和处理。...
recommend-type

大物上册手写笔记.pdf

西电大学物理上册的手写笔记(笔者期末90+),笔记质量较高,可以在期末复习的时候看看
recommend-type

哈里德《物理学基础第六版》答案.pdf

【哈里德《物理学基础第六版》答案.pdf】是一份针对经典物理教材《物理学基础》第六版的习题解答手册,由哈里德、雷斯尼克和沃克三位作者编写。...无论是自学还是教师指导,这都是一个不可多得的学习辅助工具。
recommend-type

如何设计一个通信协议.docx

在设计一个通信协议时,我们需要考虑许多因素,包括但不限于物联网应用的需求、协议的可靠性和效率。我们可以借鉴已有的通信模型,如OSI七层模型和TCP/IP四层模型,来进行设计。以下是一些关键点: 1. **OSI七层...
recommend-type

Linux Shell编程:用户组管理与基本命令详解

本文档主要介绍了如何在Linux系统中通过Shell编程进行用户组管理,特别是使用bash基础命令来操作。主要内容包括: 1. 增加用户组: - `groupadd` 命令是用于创建新用户组的基本工具。例如,`groupadd students` 用于创建名为"students"的用户组,而 `groupadd -g 2000 teachers` 则设置了新的"teachers"组的GID(组标识号)为2000。 - 创建用户组后,系统会自动更新 `/etc/group` 文件,记录组名、组口令(实际上,Linux不存储明文口令,而是使用GID)和组标识号。 2. 系统登录和退出: - Linux支持多用户操作,每个用户需要拥有唯一的用户名和口令进行登录。登录时,超级用户(root)使用`login`命令,普通用户输入密码后会得到对应的提示符。 - 退出系统可以通过`exit`、`logout`命令或使用快捷键Ctrl+d,分别对应注销、退出当前会话和强制退出。重启和关机操作则涉及`reboot`、`halt`、`shutdown now -h`或`poweroff`命令,`shutdown`命令可指定精确的时间或者加时间区间来执行操作。 3. 用户和用户组管理: - 用户管理涉及到登录不同类型的用户,如root和一般用户。登录到root权限需要正确输入密码,密码输入不会显示在屏幕上以确保安全。 - 用户组管理的核心在于`groupadd`和`/etc/group`文件,这是控制用户权限分配的关键部分。 4. Shell编程基础: - 文档提及的shell,这里指的是Bash(Bourne Again SHell),它是Linux中最常用的交互式命令行解释器。Bash提供了丰富的功能,包括内置命令、变量操作、脚本编写等,是系统管理和自动化任务的重要工具。 本文档围绕Linux系统中的用户组管理和Shell编程基础展开,涵盖了用户登录、退出操作,以及如何使用groupadd命令创建和管理用户组,这对于理解和管理Linux系统环境具有重要意义。熟悉这些命令和概念,能够帮助用户更高效地在Linux环境中工作。
recommend-type

管理建模和仿真的文件

管理Boualem Benatallah引用此版本:布阿利姆·贝纳塔拉。管理建模和仿真。约瑟夫-傅立叶大学-格勒诺布尔第一大学,1996年。法语。NNT:电话:00345357HAL ID:电话:00345357https://theses.hal.science/tel-003453572008年12月9日提交HAL是一个多学科的开放存取档案馆,用于存放和传播科学研究论文,无论它们是否被公开。论文可以来自法国或国外的教学和研究机构,也可以来自公共或私人研究中心。L’archive ouverte pluridisciplinaire
recommend-type

【单片机控制可控硅入门秘籍】:揭秘原理、接线和应用指南

![【单片机控制可控硅入门秘籍】:揭秘原理、接线和应用指南](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/37f575c563e2d9e67b3b3d4a3d950325.png) # 1. 单片机控制可控硅基础 可控硅是一种半导体器件,具有单向导电和可控导通的特点。单片机控制可控硅技术广泛应用于工业控制、电力电子等领域。本章将介绍单片机控制可控硅的基础知识,包括可控硅的工作原理、单片机控制可控硅的原理等。 # 2. 单片机控制可控硅原理 ### 2.1 可控硅的工作原理 #### 2.1.1 可控硅的结构和特性 可控硅(Silicon Contr
recommend-type

rabbitmq百度网盘

RabbitMQ 和 百度网盘是两个完全不同的概念,分别属于分布式消息队列和云存储服务。 1. RabbitMQ(兔子队列)是一个开源的消息代理(Message Broker),它基于AMQP(Advanced Message Queuing Protocol)协议,用于在分布式系统中异步通信和解耦组件。它提供了一种可靠的方式来发送和接收消息,常用于构建可扩展的应用和服务架构中。 2. 百度网盘(Baidu Cloud Disk)是中国百度公司提供的云存储服务,用户可以通过网页或手机应用上传、下载文件,并能在线预览文档、图片等。它为用户提供大容量的个人文件存储空间,并支持共享链接给其他人方
recommend-type

Linux Shell教程:输出输入重定向与bash命令

"这篇资源主要介绍了Linux Shell编程中的输出输入重定向以及bash基础命令,特别是如何使用<和>符号进行重定向,同时也提及了标准输入(stdin)、标准输出(stdout)和标准错误输出(stderr)的概念。此外,还简单提到了shell的基础知识,包括Linux系统登录、退出、用户管理和系统操作等。” 在Shell编程中,输出输入重定向是一项基本而重要的功能。通过使用`<`和`>`,我们可以改变命令默认的输入源和输出目标。标准输入(stdin)通常默认为键盘,标准输出(stdout)默认显示在屏幕上,而标准错误输出(stderr)也默认输出到屏幕。当使用`<`时,我们可以将文件内容作为命令的输入;使用`>`时,我们可以将命令的输出重定向到文件,而不是默认显示在终端上。例如,`command < input_file`会让`command`读取`input_file`的内容作为输入,而`command > output_file`则会把`command`的输出保存到`output_file`,而不是打印在终端上。 此外,`|`管道符是另一个强大的工具,它允许我们将一个命令的stdout作为另一个命令的stdin,实现命令间的连接。这种机制使得复杂的任务可以通过组合简单的命令来完成。例如,`command1 | command2`会将`command1`的输出传递给`command2`作为其输入。 在Linux环境中,用户管理和系统操作也是日常工作中不可或缺的部分。系统有超级用户(root)和一般用户两种类型,超级用户拥有对系统的所有权限,而一般用户则有相对受限的权限。登录系统时,用户需要输入用户名和密码。成功登录后,超级用户会看到以`#`开头的提示符,而一般用户则是以`$`开头。退出系统可以使用`exit`、`logout`或Ctrl+d快捷键。对于系统的重启和关闭,通常需要超级用户权限,可以使用`reboot`、`halt`、`shutdown now -h`或`poweroff`命令,其中`shutdown`命令提供了灵活的时间参数选项,确保安全关闭系统的同时给予用户足够的时间保存工作。