Matlab模拟下的光学实验：双光束干涉图样分析与像差详解

本文详细探讨了利用MATLAB进行光学实验仿真的各个方面，主要涵盖了以下几个关键知识点： 1. 双光束干涉图样分析：通过介绍典型的双光束干涉图样，如Piston Or Bias（平动），Tilt（倾斜），Power（功率），以及一系列复杂的像差如Coma（彗差）、Spherical（球差）、Trefoil（三叶结）等，这些图样是光学实验中的基本现象，反映了光波在遇到障碍物或经过复杂系统后的相位变化。金斯莱克的理论被用来解析这些像差对干涉图样的影响。 2. MATLAB在干涉实验中的应用：文中提到使用光波波前叠加法模拟球面波干涉和多光束干涉，同时利用传播矩阵来仿真杨氏双缝和双孔干涉实验，通过单缝衍射的分析，展示了时间相干性对干涉条纹对比度的影响。 3. 光的衍射实验仿真：对规则和不规则形状孔径的菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射进行深入研究，提供了理论支持，有助于理解这两种衍射现象的本质差异。 4. 光学像差仿真：基于相位转化理论，仿真各种像差如赛德尔像差和泽尼克多项式，通过金斯莱克的方法对包含像差的双光束干涉图样进行仿真分析，探究它们对干涉条纹的具体影响。 5. 光学系统仿真：探讨光学系统在信息处理中的应用，包括网格滤波和图像运算，如相加、相减等，提出了一套算法用于MATLAB仿真光学系统。 6. 软件开发与移植：为了克服MATLAB应用程序依赖于特定环境的问题，作者将MATLAB M文件转化为C++代码，并在Visual C++环境中编译成可独立运行的外部程序，提高了软件的通用性和便利性。 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++。这篇文章的国家“十五”重点教材建设项目资助背景，体现了它在光学教学和研究中的重要地位。通过这些仿真，学生和研究人员可以更好地理解和控制光学现象，提高实验教学效果和科研效率。