Matlab模拟：平凸透镜光线追踪与激光光学分析

本章节主要讨论了平凸透镜光线追迹在数字万用表设计中的应用，特别是在Matlab软件辅助下进行激光光学分析与实验。作者刘良清，作为华中科技大学激光技术与工程学院的硕士研究生，专注于自适应光学、非线性光学、激光光学以及固体激光器件的研究。章节首先回顾了电磁波理论，特别是Maxwell方程组，它揭示了电磁场的波动性和电磁波的传播特性，包括电场和磁场的关系，以及真空介电常数和磁导率的概念。 在光学方面，通过Maxwell方程组的解析，得到了光束在透镜中的传播行为，特别是平行光和旁轴光线的传输聚焦。在理想情况下，理论计算的透镜焦距与磨镜者公式的结果一致，这展示了几何光学在一定程度上的有效性。然而，对于聚焦光斑的大小和光强分布，波动理论的应用不可或缺，如基尔霍夫-菲涅耳衍射积分公式，它考虑了光束在透镜内部的实际光程差。 在Matlab的辅助下，这一理论得以可视化展示，例如通过模拟半径为1mm的平面波经过凸面曲率半径为25mm、中心厚度为3mm的平凸透镜后的聚焦光斑强度分布。这个例子不仅演示了数学模型在实际问题中的应用，也突出了Matlab在数据处理和可视化方面的强大功能，使得复杂的光学现象变得直观易懂。 通过这部分内容的学习，读者可以理解激光在透镜中的传播规律，并掌握如何使用Matlab工具来处理和分析这些光学现象，这对于理解并设计激光光学系统，如激光测距、激光通信等设备具有重要意义。后续章节会进一步深入探讨如何运用这些理论解决实际问题，推动科技的发展。