Matlab实现的光学像差仿真：赛德尔像差与M系统应用详解

光学像差的仿真实验结果是光学研究中的一个重要环节，尤其在现代科技中扮演着关键角色。本篇论文详细探讨了利用MATLAB这一强大的数值计算工具进行光学实验仿真。作者曲伟娟，专注于西北工业大学光学专业，以硕士学位论文的形式，系统地介绍了如何通过MATLAB实现复杂的光学现象模拟。 首先，论文涉及赛德尔像差的仿真，这是哈密顿像差理论中的一个核心概念。通过对系统旋转对称性的利用，选择适当的坐标系简化问题，将波前像差表示为特定模式的幂级数，使得MATLAB能够准确模拟这种像差的分布和影响。赛德尔像差是光学系统中常见的像差类型，它影响成像质量，对于光学设计至关重要。 其次，论文展示了光的干涉实验仿真，包括球面波干涉和多光束干涉。作者运用光波波前叠加的方法来模拟这些现象，同时分析了单缝衍射对双缝干涉实验的影响，揭示了时间相干性对干涉条纹对比度的影响，这对于理解和控制干涉效果具有实际意义。 光的衍射实验仿真部分深入研究了规则和不规则孔径的菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射，提供了理论支持，有助于学生更好地理解这两种衍射模式的本质和区别。 光学像差仿真采用相位转换理论，通过MATLAB展示赛德尔像差和泽尼克多项式的三维形状图，以及金斯莱克方法在包含像差的双光束干涉图样中的应用，探讨了各种像差对干涉条纹的具体影响，这对于光学设计和测量具有实践价值。 此外，论文还涵盖了光学系统的仿真，特别是利用光学元件进行信息处理的过程，包括网格滤波、图像相加和相减等操作。这表明MATLAB不仅可以用于基本的物理模拟，还能应用于更高级的信息处理技术。 最后，为了克服MATLAB应用程序依赖于特定环境的问题，作者开发了一种策略，通过MATLAB M-file转换为C++代码，并在Visual C++环境中编译成可独立运行的程序，提高了软件的灵活性和可用性。 这篇论文以MATLAB为核心，深入探讨了光学实验仿真中的多个关键技术，包括干涉、衍射、像差处理和光学系统设计，为光学教学和科研提供了一套实用且高效的仿真工具和理论框架。