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语言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系统等多个方面的实验。作者曲伟娟在导师赵建林的指导下，详细阐述了MATLAB在光学仿真中的应用方法，并通过实例展示了各种光学现象的模拟过程。此外，论文还提到了将MATLAB程序转换为独立的C++应用，以克服MATLAB应用程序依赖其运行环境的问题。" 在光学实验仿真领域，MATLAB语言因其强大的数学计算和图形绘制能力而被广泛应用。在论文中，作者详细介绍了如何使用MATLAB实现二维快速离散傅里叶变换（fft20）和其逆变换（ifft20），这些是进行频域分析和光学传递函数计算的关键工具。离散光学传递函数是通过离散化连续光学传递函数公式得到的，如(2.2.14)式所示，它用于描述光束在空间中的传播和衍射现象。论文通过具体的例子，如两列球面波干涉、杨氏双缝干涉、单缝衍射等，展示了MATLAB在干涉和衍射实验仿真的应用。 在光的衍射实验仿真部分，论文涵盖了单缝、矩孔、圆孔等各种规则和不规则形状的菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射，这有助于理解和分析不同几何形状对衍射图案的影响。同时，作者还讨论了光场的时间相干性对干涉条纹反衬度的效应，以及像差对干涉条纹的影响，包括赛德尔像差和泽尼克多项式等。 在光学像差仿真中，作者基于相位转移理论，利用MATLAB仿真光学波像差，得到了多种像差的图像表示，包括轮廓图和三维形状图。通过对包含像差的双光束干涉图样的仿真分析，揭示了像差对干涉条纹形态的具体影响。 光学V系统仿真是论文的另一个重要部分，该系统用于光学信息处理，如网格滤波和图像相加、相减等实验。MATLAB在此领域的应用算法为实际的光学信息处理提供了理论支持。 最后，为了克服MATLAB应用程序的运行环境限制，作者利用MATCom 4.5将MATLAB的M文件转换为C++代码，并在Visual C++环境中编译成独立的可执行文件，使得仿真软件能够脱离MATLAB环境独立运行。 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++。该研究受到国家“十五”重点教材建设项目资助。