基于Matlab的光学实验仿真技术探究

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"基于Matlab的光学实验仿真" 这篇硕士学位论文主要探讨了如何使用Matlab进行光学实验的计算机仿真,详细阐述了多个光学现象的仿真过程和理论基础。以下是论文中的关键知识点: 1. 光的干涉实验仿真: - 通过光波波前叠加的方法模拟了两列球面波的干涉,以及多光束干涉现象,揭示了当波面特性相同时,观察到平行直条纹,而当波面特性不同时,观察到同心圆环状条纹。 - 使用传播矩阵描述衍射光波的波前传播,仿真了杨氏双缝和双孔干涉实验,特别分析了单缝衍射对双缝干涉的影响,强调了光程差的变化对干涉条纹对比度的影响。 - 讨论了光场的时间相干性,由于光源有限的光谱宽度,导致不同波长的单色成分产生各自的干涉图样,随着光程差增加,合成的干涉条纹对比度下降。 2. 光的衍射实验仿真: - 分析了各种规则和不规则形状孔径的菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射,包括单缝、矩孔、圆孔、圆盘、三角孔、黑白光栅等,这有助于理解这两种衍射模式的特点和差异。 3. 光学像差仿真: - 基于相位平面转换理论,仿真了光学波像差,得到赛德尔像差和泽尼克多项式等多种像差的图像,展示了这些像差对干涉条纹的具体影响。 - 应用Kingslak的方法对包含像差的双光束干涉图样进行了仿真分析,深入讨论了像差对干涉图案的效应。 4. 光学V系统仿真: - 阐述了光学V系统用于光学信息处理的基本原理,提出了一种仿真算法,实现如网格滤波和图像的相加、相减等光学信息处理实验。 5. 软件界面设计: - 针对Matlab应用程序无法脱离其运行环境的问题,通过Matcom 4.5将Matlab的M文件转化为C++代码,并在Visual C++环境中编译为独立运行的程序,使得软件可以在没有Matlab的环境下运行。 这篇论文提供了丰富的光学实验仿真案例,使用Matlab这一强大工具进行模拟,有助于理解和研究光学中的核心概念,同时也展示了如何将Matlab计算能力扩展到独立软件应用中。