光栅衍射与相控阵雷达结合的教学案例探索

崔慧娟 陈曦

摘 要 光栅衍射是光学教学中重要的章节，是对多缝干涉和单缝衍射的综合运用。但是教学过程中会出现教学过程枯燥、教学内容晦涩难懂等问题，这极大地影响了教学效果。本文基于光栅衍射的基本公式，以实际工程应用相控阵雷达为案例，融入课程思政，同时结合Matlab仿真，具体形象地展示了光栅常数、缝宽、衍射角对衍射光谱的影响，以及相控阵雷达的基本原理与以上各因素的联系，在学习知识的同时让学生掌握了相控阵雷达的基本原理。本次教学探索对于光栅衍射教学知识点的教学、思政、实际问题的解决都具有重要的意义。

关键词 光栅衍射;Matlab仿真; 相控阵雷达

1 研究意义

光栅衍射是大学物理光学教学中的重要部分，与干涉和偏振并列为光学教学三大模块。衍射光栅是通过规律的光学结构，使得入射光的振幅和相位受到周期性的调制[1，2]的光学器件。衍射光栅是对多缝干涉和单缝衍射知识的综合应用，对于学生知识的掌握要求较高。然而光栅衍射缺乏较为直观的课堂展示，学生普遍地认为晦涩难懂。同时该部分知识与实际生活中的案例偏离较远，学生不能直观的感受和理解，教学效果不佳，学生掌握度不好。本文基于以上考虑，以国防科技中的相控阵雷达作为问题的引入，从光栅衍射的基本知识出发，结合数学软件Matlab仿真计算，将光栅衍射的知识形象化、应用化。知识讲解贯穿于实际问题的解决过程，增强教学效果。我们了解到，之前有许多的学者也对光栅衍射进行了不同仿真研究工作[5-9]，但是基于相控阵雷达研究的仿真较少。通过本次教学探索，学生对于光栅衍射知识的掌握普遍提升。同時，在课程教学过程中将配有相控阵雷达的辽宁舰作为课堂引入，展示我国军事强国和科技强国的形象，有机融入课程思政，提升学生的民族自豪感和荣誉感。