Matlab实现的光学实验仿真：球面波与像差详解

本文详细探讨了如何利用Matlab进行3D球面波的波前实现以及光学实验的仿真。作者曲伟娟，硕士毕业于西北工业大学光学专业，由赵建林教授指导，她的研究集中在以下几个关键知识点上： 1. 球面波的波前实现：文章首先介绍了从点光源出发的光波，其自然的波面形式为球面，通过光波波前叠加技术，作者模拟了两列球面波之间的干涉现象，以及多光束干涉等实验。此外，通过传播矩阵方法，还仿真了杨氏双缝和双孔干涉实验，深入剖析了单缝衍射对双缝干涉模式的影响，强调了光场时间相干性对干涉条纹对比度的重要性。 2. 光的衍射实验仿真：文章详细分析了规则（如单缝、矩孔、圆孔、圆盘、三角孔、黑白光栅）和不规则形状孔径的菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的强度分布，为理解和区别这两种衍射现象提供了理论支持。 3. 光学像差仿真：以相位一幅度转换理论为基础，通过仿真得到了赛德尔像差和泽尼克多项式的图形表示，如轮廓图和三维形状图。文章进一步利用金斯莱克的理论模拟了包含像差的双光束干涉图样，探讨了各种像差对干涉条纹的具体影响。 4. 光学系统仿真：作者讨论了光学系统的原理，并设计了一套算法来模拟光学系统的功能，如网格滤波和图像的相加、相减等光学信息处理操作。这涉及到了光学系统的构建和实际应用。 5. 软件开发：针对Matlab应用程序的局限性，作者将Matlab M文件转换为C++代码，借助Matlab和Matcom 4.5，最终在Visual C++环境中编译成可独立运行的外部程序，提高了软件的灵活性和可用性。 这篇文章不仅涵盖了光学实验的多个核心内容，还展示了如何有效地利用Matlab进行光学实验的仿真和软件开发，对于光学教学和科研具有很高的实用价值。