MATLAB实现光学实验仿真：光波波前、干涉、衍射与像差

本文主要探讨了如何利用MATLAB这一强大的数学和图形处理工具在Windows系统中实现光学实验的仿真。作者曲伟娟，专注于光学专业的硕士学位研究，她的论文以西北工业大学为背景，围绕以下几个关键知识点展开： 1. 光波波前的实现：MATLAB的优势在于其能够方便地定义光学平面，并通过二维快速离散傅里叶变换（FFT）计算光束的线性传播。利用meshgrid函数，可以生成N×N的矩阵来表示光波场的复振幅，进行各种运算。 2. 光的干涉实验仿真：论文详细介绍了MATLAB如何模拟球面波干涉、多光束干涉以及杨氏双缝和双孔干涉实验。同时，它分析了单缝衍射对双缝干涉的影响，以及光场的时间相干性如何影响干涉条纹的对比度。 3. 光的衍射实验仿真：研究了菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的强度分布，对于规则和不规则形状的孔径进行了深入分析，这些仿真提供了理解和比较这两种衍射现象的理论基础。 4. 光学像差仿真：基于相位转换理论，论文展示了赛德尔像差和泽尼克多项式的模拟结果，以及像差对干涉图样的影响。金斯莱克方法也被用来处理包含像差的干涉图样。 5. 光学系统仿真：讨论了光学系统在信息处理中的基本原理，并设计了一种算法来在MATLAB中仿真光学系统，包括网格滤波和图像相加、相减等功能。 6. 软件开发：针对MATLAB应用程序依赖运行环境的问题，作者将MATLAB脚本转化为C++代码，并在Visual C++环境中编译为可独立运行的程序，提高了软件的通用性和独立性。 关键词：光学实验仿真、干涉、衍射、像差、傅里叶变换、MATLAB、MATCOM 4.5、Visual C++。这篇论文不仅提供了MATLAB在光学仿真中的实用技巧，还展示了如何跨平台扩展MATLAB的应用，为光学教学和科研提供了有价值的工具和方法。