光學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)的構(gòu)建.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)走進(jìn)了現(xiàn)代教育教學(xué)的體系。MATLAB軟件具有強(qiáng)大的圖像處理與數(shù)值計(jì)算功能，通過(guò)建模和編程可以對(duì)在實(shí)際操作時(shí)存在困難的光學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真模擬，能使學(xué)生較好地預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，理解實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)，復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)。
　　 人們運(yùn)用MATLAB對(duì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了許多研究，但是依然存在很多缺陷如沒(méi)有圖形用戶界面、無(wú)法隨意調(diào)節(jié)參數(shù)、缺少激光類實(shí)驗(yàn)仿真、無(wú)法脫離MATLAB環(huán)境運(yùn)行等。針對(duì)這些缺陷，本文對(duì)

2、各光學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了全面、系統(tǒng)的仿真模擬，研制出了包括基礎(chǔ)光學(xué)中干涉和衍射、信息光學(xué)中的光學(xué)圖像處理以及激光實(shí)驗(yàn)在內(nèi)的可擴(kuò)展性、可移植性強(qiáng)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)。具體內(nèi)容如下：
　　 (1)基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真。在光的干涉的基本理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)各干涉實(shí)驗(yàn)裝置建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型并給出了算法流程，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)拍實(shí)驗(yàn)、球面波光源垂直以及平行觀察屏干涉實(shí)驗(yàn)、楊氏雙縫和楊氏雙孔干涉實(shí)驗(yàn)以及等傾等厚干涉實(shí)驗(yàn)的仿真，并進(jìn)一步討論了光源為復(fù)色光時(shí)的仿真實(shí)

3、現(xiàn)。在菲涅爾及夫瑯和費(fèi)衍射的基本理論的基礎(chǔ)上，建立了衍射仿真實(shí)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，分析了各種不同形狀孔徑下的夫瑯禾費(fèi)衍射及菲涅耳衍射的衍射圖樣及其強(qiáng)度分布，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)光柵衍射的仿真。
　　 (2)信息光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真。分析了4f相干光學(xué)成像系統(tǒng)的工作原理，并以此建立了空間濾波仿真算法，實(shí)現(xiàn)了低通、高通、帶通和方向?yàn)V波仿真實(shí)驗(yàn)。隨后簡(jiǎn)要分析了圖像的邊緣檢測(cè)、特征提取、圖像增強(qiáng)的基本方法并進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。
　　 (3)激光實(shí)驗(yàn)仿真。分

4、析了高斯光束、自再現(xiàn)模、激光鎖模的原理及其相應(yīng)的理論推理過(guò)程，據(jù)此提出了利用MATLAB來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真的基本思路和仿真算法并進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)。最后通過(guò)設(shè)置不同參數(shù)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，并與理論及實(shí)際情況相比較，得到了很好的驗(yàn)證。
　　 (4)光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)的構(gòu)建。分析了選用MATLAB的GUIDE作為開(kāi)發(fā)環(huán)境的原因，討論了圖形用戶界面設(shè)計(jì)原則及制作步驟，在此基礎(chǔ)上制作了界面簡(jiǎn)潔美觀、可擴(kuò)展性強(qiáng)的光學(xué)實(shí)驗(yàn)仿真平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)參數(shù)的