Matlab实现光学实验仿真：干涉、衍射与像差分析

"这篇硕士学位论文主要探讨了如何利用Matlab进行光学实验的计算机仿真，包括光的干涉、衍射、像差以及光学V系统等多个方面的仿真。作者曲伟娟通过Matlab实现了一系列光学现象的模拟，旨在提供理论依据和实验可视化，同时也解决了Matlab程序独立运行的问题。" 在论文中，作者详细介绍了Matlab在光学实验仿真中的应用，特别是在以下几个方面： 1. **光的干涉实验仿真**：利用光波波前叠加原理，模拟了两列球面波干涉和多光束干涉实验。通过传播矩阵法对杨氏双缝和双孔干涉进行了仿真，并深入分析了单缝衍射对双缝干涉的影响，以及光场时间相干性对干涉条纹对比度的效应。 2. **光的衍射实验仿真**：针对规则形状（如单缝、矩孔、圆孔、圆盘、三角孔、黑白光栅）和不规则形状的孔径，进行了菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的强度分布分析。这有助于理解这两种衍射模式的区别和联系。 3. **光学像差仿真**：基于相位平面转换理论，仿真了各种像差（如赛德尔像差、泽尼克多项式像差）的形态，通过金斯莱克的方法分析了包含像差的双光束干涉图样，讨论了像差对干涉条纹的影响。 4. **光学V系统仿真**：探讨了光学4f系统的原理，提出了一种仿真算法，实现包括网格滤波和图像相加、相减等光学信息处理实验的仿真。 5. **软件界面设计**：针对Matlab程序运行环境的限制，作者将Matlab的M文件转化为C++代码，并在Visual C++环境下编译为独立的可执行文件，使得软件可以在没有Matlab环境的情况下运行。 论文中提到的Matlab语言在光学实验仿真的应用，体现了其在科学研究和教学中的重要价值，为光学实验提供了新的、直观的教学手段，同时也促进了光学理论研究的深入。通过Matlab的仿真实验，不仅可以避免实际实验中的复杂操作和高昂成本，还能灵活调整参数，便于理解和掌握光学原理。