Matlab实现的光学实验仿真：瑞利-索末菲衍射与光学像差详解

本文详细介绍了瑞利-索末菲衍射原理及其在微电子机械系统(MOSFET)中的应用，特别关注了在Matlab环境下进行光学实验仿真的方法。章节四着重于光的衍射现象，包括菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射，这两种衍射现象是波动光学的重要组成部分。衍射是光波遇到障碍物或边缘时，其波前发生弯曲的现象，这在光的传播过程中起着关键作用。 在光的衍射实验仿真中，作者首先阐述了衍射的本质，指出任何光波通过光学系统时都会经历衍射，尤其是在具有复杂结构的衍射屏下。利用瑞利-索末菲衍射积分公式，可以描述平面物体的衍射规律，该公式在不同的近似下会产生菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。对于规则和不规则形状的孔径，如单缝、矩孔、圆孔等，仿真结果展示了这些孔径对光波强度分布的影响，有助于理解和区分菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的特点。 光学像差的仿真部分，文章基于相位转化理论，通过傅里叶变换模拟了诸如赛德尔像差和泽尼克多项式的形状，分析了这些像差对光束干涉图样的影响。此外，文中还讨论了光学系统在信息处理中的应用，如网格滤波和图像相加、相减等操作，并开发了光学系统仿真的算法。 为了克服Matlab应用程序依赖其运行环境的问题，作者将Matlab M文件转换为C++代码，并在Visual C++环境中编译成可独立运行的程序，提高了软件的通用性和可移植性。文章的关键技术点包括Matlab、Matcom 4.5、傅里叶变换以及光学实验仿真软件的设计与实现。 这篇论文深入浅出地讲解了利用Matlab进行光学实验仿真的各个方面，包括光的干涉、衍射、像差以及光学系统处理，对于光学教学和科研人员来说，是一份实用的参考资料。