MATLAB实现的光学实验仿真：从干涉到衍射

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于Matlab的光学实验仿真技术，包括光的干涉、衍射、像差以及光学V系统等多个方面的仿真。作者曲伟娟在导师赵建林的指导下，通过Matlab实现了光学实验的多种仿真效果，为光学教学和研究提供了有力的工具。" 在光学实验中，衍射是一种重要的现象，它描述了光波在遇到障碍物或孔洞时如何弯曲并形成新的光强分布。瑞利-索末菲衍射积分是描述这一现象的数学表达式，适用于平面物体的衍射情况。衍射分为菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射，前者适用于光源和观察点距离障碍物较近的情况，后者则适用于远场条件。在实际实验中，由于复杂性和条件限制，衍射现象的观察并不总是容易的，这时计算机仿真就显得尤为重要。 Matlab作为一种强大的数值计算和可视化工具，被广泛应用于光学实验的仿真。论文中详细展示了如何使用Matlab进行光的干涉实验仿真，包括两列球面波干涉和多光束干涉等，以及杨氏双缝和双孔干涉的衍射效应。此外，还探讨了单缝衍射对双缝干涉的影响，以及光场时间相干性对干涉条纹反衬度的改变。 在光的衍射实验仿真部分，论文涵盖了规则和不规则形状的孔径，如单缝、矩孔、圆孔、圆盘、三角孔、光栅等的菲涅耳和夫琅禾费衍射图样的强度分布。这些仿真结果有助于深入理解衍射的基本特性和两者之间的差异。 光学像差的仿真部分，论文以相幅转换理论为出发点，模拟了赛德尔像差和泽尼克多项式等多种像差，通过干涉图样分析了像差对干涉条纹的影响，这对于理解和改进光学系统性能至关重要。 光学V系统仿真是论文的另一重点，介绍了利用该系统进行光学信息处理的基本原理，包括网格滤波和图像的相加、相减等实验，这些都是光学信息处理的重要应用。 最后，论文还解决了Matlab应用程序的独立性问题，通过Matcom 4.5将M文件转化为C++代码，并在Visual C++环境下编译成独立运行的软件，使得仿真程序可以在没有Matlab环境的情况下运行。 这篇论文为光学实验提供了丰富的仿真案例和理论支持，对于光学教育和研究具有很高的参考价值。通过Matlab的运用，不仅简化了复杂的光学现象的模拟，还促进了对光学基本概念和现象的理解。