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matlab仿真及其在光学课程中的应用一、引言Matlab是一种用于科学计算和数据分析的软件，它具有强大的数学计算能力和易于编程的特点，在光学课程中有着广泛的应用。
本文将介绍Matlab仿真在光学课程中的应用，并提供详细的实例说明。
二、Matlab基础知识1. Matlab环境介绍Matlab环境包括命令窗口、编辑器窗口、工作区窗口、命令历史窗口和帮助窗口等。
其中，命令窗口是进行交互式计算和演示的主要界面，编辑器窗口可以编写程序代码并保存到磁盘上，工作区窗口显示当前变量值，命令历史窗口记录执行过的命令，帮助窗口提供了详细的Matlab函数库说明。
2. Matlab语法规则Matlab语言采用类似于C语言的语法规则，但也有自己独特的特点。
例如，Matlab中所有变量都是矩阵类型，并且支持矩阵运算；函数名和变量名不区分大小写；注释符号为%。
3. Matlab常用函数库Matlab提供了丰富的函数库来支持各种数学计算和数据处理任务，例如矩阵运算、信号处理、图像处理等。
常用的函数库包括：（1）基本数学函数库：abs、sin、cos、tan、exp等；（2）矩阵运算函数库：inv、det、eig等；（3）信号处理函数库：fft、ifft等；（4）图像处理函数库：imread、imshow等。
三、Matlab在光学课程中的应用1. 光学波动方程仿真光学波动方程是描述光波传播的基本方程，通过Matlab可以进行波动方程的仿真计算。
例如，可以模拟出一个平面波在通过一片介质后的折射和反射情况。
具体步骤如下：（1）定义平面波初始状态和介质折射率；（2）利用波动方程求解得到平面波在介质中传播后的场分布；（3）绘制出平面波在介质中传播后的场分布图。
2. 光线追迹仿真光线追迹是描述光线传播和成像的基本方法之一，在Matlab中可以进行光线追迹的仿真计算。
例如，可以模拟出一个凸透镜成像过程。
具体步骤如下：（1）定义凸透镜的曲率半径和折射率；（2）定义物体点的位置和大小；（3）利用光线追迹方法求解得到物体点成像后的位置和大小；（4）绘制出凸透镜成像后的图像。
《MATLAB在光学教学及实验中的应用研究》篇一一、引言光学作为物理学的重要分支，是研究光与物质相互作用的基本规律和现象的学科。
随着科技的进步，光学领域的应用日益广泛，对于光学的教学和实验也提出了更高的要求。
MATLAB作为一种强大的数学计算软件，具有强大的数据处理、图像分析和算法模拟等功能，广泛应用于光学教学及实验中。
本文旨在探讨MATLAB在光学教学及实验中的应用研究。
二、MATLAB在光学教学中的应用1. 光学理论知识教学在光学理论教学中，MATLAB可以用于辅助教师进行课堂教学，帮助学生更好地理解和掌握光学理论知识。
例如，利用MATLAB的绘图功能，可以直观地展示光的传播路径、干涉、衍射等现象，使学生更加深入地理解光学基本原理。
2. 虚拟光学实验虚拟光学实验是利用计算机技术模拟实际的光学实验过程，帮助学生了解实验原理、操作方法和注意事项。
通过MATLAB 编写虚拟实验程序，学生可以在计算机上完成光学实验，无需实际操作复杂的实验设备，提高了教学效率和安全性。
三、MATLAB在光学实验中的应用1. 数据处理与分析在光学实验中，需要收集大量的数据进行分析和处理。
MATLAB具有强大的数据处理和分析功能，可以快速、准确地处理实验数据，并生成直观的图表和结果。
这有助于学生更好地理解实验结果和规律，提高实验的准确性和可靠性。
2. 算法模拟与优化在光学实验中，经常需要使用各种算法来处理和分析数据。
MATLAB提供了丰富的算法库和编程工具，可以方便地实现各种算法的模拟和优化。
这有助于学生更好地掌握算法原理和实现方法，提高实验的科研水平。
四、MATLAB在光学教学及实验中的优势1. 直观性：MATLAB的绘图功能可以直观地展示光学现象和实验结果，有助于学生更好地理解和掌握光学知识。
2. 高效性：MATLAB具有强大的数据处理和分析功能，可以快速、准确地处理实验数据，提高教学和实验效率。
3. 灵活性：MATLAB提供了丰富的算法库和编程工具，可以方便地实现各种算法的模拟和优化，有助于学生更好地掌握算法原理和实现方法。
Matlab技术在光学模拟中的应用光学模拟是一种通过计算机仿真来模拟光的传播与相互作用的技术。
在光学领域，光的传播、干涉、衍射等现象都可以通过光学模拟软件来进行计算和预测。
而Matlab作为一种强大的数学软件，具备丰富的数值计算和数据分析功能，被广泛应用于光学模拟中。
本文将重点介绍Matlab技术在光学模拟中的应用。
一、折射率分布模拟光的传播和反射是光学模拟的基础，而折射率分布是决定光的传播轨迹的重要参数。
在光学元件的设计和优化中，需要对光在介质中的传播进行模拟，以得到相应的传播特性。
Matlab提供了强大的数值计算和优化工具，可以用来模拟不同材料的折射率分布和光的传播路径，从而指导光学元件的设计和性能优化。
二、光场传播模拟在光学模拟中，光的传播路径和光场分布是重要的模拟对象。
Matlab的计算工具箱中提供了光场传播的模拟算法，能够精确计算光在不同介质中的传播路径和光强分布。
通过调整模拟参数，可以模拟光在复杂介质中的传播过程，如非线性介质、多层介质等，为光学元件的设计和性能评估提供重要参考。
三、衍射和干涉模拟衍射和干涉是光学中常见的现象，涉及到波动光学的基本原理。
Matlab提供了丰富的信号处理和频谱分析工具，可以模拟光的波动特性，如衍射图样和干涉条纹的生成。
通过调整模拟参数，可以精确模拟不同衍射和干涉现象，为光学元件的设计和性能评估提供重要参考。
四、光学系统建模和优化在光学系统设计中，需要将多个光学元件组合起来，形成一个完整的光学系统。
Matlab提供了方便的建模和优化工具，可以对光学系统进行建模和性能优化。
通过调整系统参数和优化策略，可以得到最优的设计方案和性能指标，提高光学系统的整体效率和性能。
五、光学传感器仿真光学传感器是一种通过光信号来感测和测量环境中信息的传感器。
Matlab具备强大的信号处理和数据分析功能，可以用于光学传感器的仿真和优化。
通过模拟光学传感器的光信号特性和光学元件的响应特性，可以评估传感器的灵敏度和性能，优化光学传感器的设计参数。
《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学、光学工程和光学科学等领域中重要的研究手段。
然而，实际的光学实验通常涉及到复杂的光路设计和精密的仪器设备，实验成本高、周期长。
因此，通过基于Matlab的光学实验仿真来模拟光学实验，不仅能够为研究提供更方便的实验条件，而且还可以帮助科研人员更深入地理解和掌握光学原理。
本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的实现方法和应用实例。
二、Matlab在光学实验仿真中的应用Matlab作为一种强大的数学计算软件，在光学实验仿真中具有广泛的应用。
其强大的矩阵运算能力、图像处理能力和数值模拟能力为光学仿真提供了坚实的数学基础。
1. 矩阵运算与光线传播Matlab的矩阵运算功能可用于模拟光线传播过程。
例如，光线在空间中的传播可以通过矩阵的变换实现，包括偏振、折射、反射等过程。
通过构建相应的矩阵模型，可以实现对光线传播过程的精确模拟。
2. 图像处理与光场分布Matlab的图像处理功能可用于模拟光场分布和光束传播。
例如，通过傅里叶变换和波前重建等方法，可以模拟出光束在空间中的传播过程和光场分布情况，从而为光学设计提供参考。
3. 数值模拟与实验设计Matlab的数值模拟功能可用于设计光学实验方案和优化实验参数。
通过构建光学系统的数学模型，可以模拟出实验过程中的各种现象和结果，从而为实验设计提供依据。
此外，Matlab还可以用于分析实验数据和优化实验参数，提高实验的准确性和效率。
三、基于Matlab的光学实验仿真实现方法基于Matlab的光学实验仿真实现方法主要包括以下几个步骤：1. 建立光学系统的数学模型根据实际的光学系统，建立相应的数学模型。
这包括光路设计、光学元件的参数、光束的传播等。
2. 编写仿真程序根据建立的数学模型，编写Matlab仿真程序。
这包括矩阵运算、图像处理和数值模拟等步骤。
在编写程序时，需要注意程序的精度和效率，确保仿真的准确性。
3. 运行仿真程序并分析结果运行仿真程序后，可以得到光束传播的模拟结果和光场分布等信息。
MATLAB仿真在光学原理中的应用1. 简介光学是研究光的产生、传播、照明及检测等现象和规律的科学，它在物理学、医学、通信等领域有着重要的应用。
随着计算机科学和数值计算的发展，MATLAB作为一种强大的科学计算软件，被广泛应用于光学原理的仿真和分析中，为光学研究提供了有力的工具和方法。
本文将介绍MATLAB仿真在光学原理中的应用，并通过列举几个典型例子来说明MATLAB在解决光学问题上的优势。
2. 光的传播仿真光的传播是光学研究中的重要内容，MATLAB可以通过数值模拟的方法来进行光的传播仿真。
以下是一些常见的光传播仿真的应用：•光线传播仿真：通过计算光线在不同介质中的折射、反射和衍射等规律，可以模拟光在复杂光学系统中的传播过程。
•光束传输仿真：通过建立传输矩阵或使用波前传输函数等方法，可以模拟光束在光学元件中的传输过程，如透镜、棱镜等。
•光纤传输仿真：通过数值模拟光在光纤中的传播过程，可以分析光纤的传输损耗、模式耦合和色散等问题。
MATLAB提供了许多函数和工具箱，如光学工具箱、光纤工具箱等，可以方便地进行光传播仿真和分析。
3. 光学成像仿真光学成像是光学研究中的重要应用之一，MATLAB可以用于模拟和分析光学成像过程。
以下是一些常见的光学成像仿真的应用：•几何光学成像仿真：根据几何光学理论，可以通过模拟光线的传播和聚焦过程来分析光学成像的特性，如像差、焦距和倍率等。
•衍射光学成像仿真：通过衍射理论和数值计算，可以模拟光的衍射和干涉效应对光学成像的影响，如衍射限制和分辨率等。
•光学投影仿真：通过模拟光束、透镜和光阑等光学元件的组合和调节，可以分析光学投影系统的成像质量和变换特性。
MATLAB提供了丰富的函数和工具箱，如图像处理工具箱、计算光学工具箱等，可以方便地进行光学成像仿真和分析。
4. 激光光学仿真激光是光学研究中的一个重要分支，MATLAB可以用于模拟和分析激光的特性和应用。
以下是一些常见的激光光学仿真的应用：•激光器仿真：通过建立激光器的数学模型和模拟激光的发射过程，可以分析激光器的输出特性和光束质量等。
《MATLAB在光学教学及实验中的应用研究》篇一一、引言随着科技的不断发展，光学作为一门重要的学科，其教学方法和实验手段也在不断更新。
MATLAB作为一种强大的数学计算软件，其在光学教学及实验中的应用越来越广泛。
本文将探讨MATLAB在光学教学及实验中的应用，分析其优势和不足，并提出相应的改进措施。
二、MATLAB在光学教学中的应用1. 理论教学在光学理论教学中，MATLAB可以作为辅助工具，帮助学生更好地理解光学理论。
通过MATLAB的图形化界面，学生可以直观地看到光线的传播过程，理解光学原理。
同时，MATLAB还可以进行数值计算和符号计算，帮助学生更好地掌握光学公式和定律。
2. 实验教学在光学实验教学中，MATLAB可以作为实验辅助软件，帮助学生更好地完成实验。
首先，MATLAB可以模拟实验过程，让学生在没有实际操作的情况下，对实验结果进行预测。
其次，MATLAB还可以对实验数据进行处理和分析，帮助学生更好地理解实验结果。
此外，MATLAB还可以通过编程实现自动化控制实验设备，提高实验的效率和准确性。
三、MATLAB在光学实验中的具体应用1. 光线追迹光线追迹是光学实验中的一项重要内容。
通过MATLAB的图形化界面，可以方便地实现光线追迹。
学生可以在计算机上绘制光学元件和光路，然后通过MATLAB程序模拟光线的传播过程。
这样不仅可以让学生更好地理解光学原理，还可以提高实验的效率和准确性。
2. 光学成像系统设计光学成像系统设计是光学领域中的一个重要应用。
通过MATLAB的数值计算和符号计算功能，可以方便地设计出各种光学成像系统。
学生可以通过MATLAB程序对不同光学元件的参数进行优化，以达到最佳的成像效果。
这样不仅可以提高学生的实践能力，还可以让学生更好地掌握光学成像系统的设计方法。
四、MATLAB在光学教学及实验中的优势与不足（此处详细分析MATLAB在光学教学及实验中的优势，如直观性、便捷性、可编程性等，并指出其不足，如对硬件设备的依赖等。
matlab在光学教学及实验中的应用研究一、引言二、光学教学中的matlab应用1. 光学基础知识教学2. 光学实验设计与模拟三、光学实验中的matlab应用1. 光路设计与分析2. 光谱分析与处理四、matlab在光学教学及实验中的优点和不足1. 优点2. 不足五、结论一、引言随着计算机技术的不断发展，matlab作为一种强大的数值计算软件，被广泛应用于各个领域。
在光学教育和研究中，matlab也逐渐成为了一个重要的工具。
本文将探讨matlab在光学教育和实验中的应用，并分析其优缺点。
二、光学教学中的matlab应用1. 光学基础知识教学在光学基础知识教育中，matlab可以帮助学生更好地理解和掌握折射率、反射率等概念。
通过编写程序，可以模拟出不同介质间的光线传播过程，并可视化展示。
例如，可以编写程序模拟出当入射角度改变时，光线在不同介质中的传播路径和折射角度的变化。
这样可以帮助学生更好地理解折射定律，并加深对光线传播过程的认识。
2. 光学实验设计与模拟在光学实验设计中，matlab可以用于模拟和优化实验方案。
例如，在进行干涉仪实验时，可以通过编写程序来模拟出不同参数下干涉图的变化，并根据模拟结果来优化实验方案。
此外，matlab还可以用于计算和分析实验数据，帮助学生更好地理解实验结果。
三、光学实验中的matlab应用1. 光路设计与分析在光路设计中，matlab可以用于计算和分析光线传输过程中的参数。
例如，在进行透镜成像实验时，可以通过编写程序来计算出不同透镜参数下成像位置和放大倍数等参数，并根据计算结果来优化透镜参数。
此外，matlab还可以用于模拟出不同光路结构下成像效果的差异，并帮助学生更好地理解光路结构对成像效果的影响。
2. 光谱分析与处理在进行光谱分析时，matlab可以用于数据处理、曲线拟合和分析等。
例如，在进行光谱分析实验时，可以通过编写程序来对实验数据进行处理和分析，并绘制出相应的光谱图像。
《基于Matlab的光学实验仿真》篇一一、引言光学实验是物理学中重要的实验之一，通过实验可以探究光的基本性质、光的传播规律以及光与物质的相互作用等。
然而，在实际的实验过程中，由于各种因素的影响，如设备精度、环境条件等，实验结果可能存在一定的误差。
为了更好地研究光学现象，提高实验的准确性和可靠性，基于Matlab的光学实验仿真被广泛应用于科研和教学中。
本文将介绍基于Matlab的光学实验仿真的相关内容。
二、Matlab在光学实验仿真中的应用Matlab是一款强大的数学软件，具有丰富的函数库和强大的计算能力，可以用于光学实验的建模、分析和仿真。
在光学实验中，Matlab可以模拟光的传播、光的干涉、衍射等现象，从而帮助研究人员更好地理解光学现象。
此外，Matlab还可以对实验数据进行处理和分析，提高实验的准确性和可靠性。
三、基于Matlab的光学实验仿真流程基于Matlab的光学实验仿真流程主要包括以下几个步骤：1. 建立光学模型：根据实验需求，建立光学模型，包括光源、光路、光学元件等。
2. 设置仿真参数：根据实验要求，设置仿真参数，如光的波长、光路长度、光学元件的参数等。
3. 运行仿真程序：运行仿真程序，模拟光的传播和光学现象。
4. 处理和分析数据：对仿真结果进行处理和分析，提取有用的信息，如光强分布、光斑形状等。
5. 绘制图表：根据需要，绘制相应的图表，如光强分布图、光路图等。
四、具体实验案例：双缝干涉实验仿真双缝干涉实验是光学中经典的实验之一，通过该实验可以探究光的波动性质。
下面将介绍基于Matlab的双缝干涉实验仿真。
1. 建立光学模型：在Matlab中建立双缝干涉实验的模型，包括光源、双缝、屏幕等。
2. 设置仿真参数：设置光的波长、双缝的宽度和间距、屏幕的距离等参数。
3. 运行仿真程序：运行仿真程序，模拟光的传播和双缝干涉现象。
4. 处理和分析数据：对仿真结果进行处理和分析，提取干涉条纹的光强分布和形状等信息。
《MATLAB在光学教学及实验中的应用研究》篇一一、引言随着科技的进步和计算机技术的飞速发展，光学领域的教学和实验方法也在不断更新。
MATLAB作为一种强大的数学计算软件，其在光学教学及实验中的应用越来越广泛。
本文将探讨MATLAB在光学教学及实验中的应用，分析其优势和挑战，并提出一些建议和展望。
二、MATLAB在光学教学中的应用1. 理论教学辅助MATLAB可以作为光学理论教学的有力辅助工具。
教师可以通过编写MATLAB程序，将复杂的光学理论以直观、生动的形式呈现给学生。
例如，通过模拟光的传播、干涉、衍射等过程，使学生更好地理解光学理论。
同时，MATLAB还可以帮助学生解决光学问题，提高学生的学习兴趣和自主学习能力。
2. 实验教学支持MATLAB在光学实验教学中也发挥了重要作用。
教师可以利用MATLAB软件设计虚拟实验，模拟实际光学实验过程，使学生在计算机上完成实验操作。
这不仅可以节省实验成本，还可以提高实验的灵活性和可重复性。
此外，MATLAB还可以对实验数据进行处理和分析，帮助学生更好地理解实验结果。
三、MATLAB在光学实验中的应用实例1. 光束传播模拟利用MATLAB的图像处理功能，可以模拟光束在介质中的传播过程。
通过改变介质的折射率、光束的入射角等参数，可以观察光束的传播轨迹和干涉、衍射等现象。
这有助于学生深入理解光学原理，提高实验技能。
2. 光学仪器模拟与优化MATLAB还可以用于模拟和优化各种光学仪器。
例如，通过建立光学系统的数学模型，利用MATLAB进行仿真分析，可以优化光学仪器的设计参数，提高仪器的性能。
此外，MATLAB还可以对实际光学仪器进行故障诊断和性能评估。
四、MATLAB在光学教学及实验中的优势与挑战1. 优势（1）直观性强：MATLAB具有丰富的图像处理功能，可以将复杂的光学现象以直观的形式呈现出来，有助于学生理解光学原理。
（2）灵活性强：MATLAB具有强大的数学计算功能，可以方便地处理和分析光学数据，提高实验的灵活性和可重复性。
使用MATLAB进行光学设计与光学系统分析光学是研究光的产生、传播以及与物质相互作用的科学，它在现代科技领域中有着广泛的应用。
而光学设计和光学系统分析是光学领域中的两个重要方面。
本文将介绍如何使用MATLAB进行光学设计与光学系统分析，并分析MATLAB在其中的优势和应用。
光学设计是指根据特定需求和约束条件，通过合理的光学元件的配置和参数选择，设计出符合需求的光学系统的过程。
而光学系统分析则是对光学系统中各种元件进行性能评估和优化的过程。
使用MATLAB进行这两个过程，可以大大提高工作效率和准确度。
在光学设计中，最关键的是光线追迹和光场传播的计算。
光线追踪是一种从光源出发，模拟光线在光学系统中的传播路径，并计算光线与物体交互的方法。
通过MATLAB中的光线追踪工具包Ray Tracing Toolbox，我们可以实现对光线的追踪和计算。
该工具包提供了一套完整的函数和命令，能够模拟光线在复杂光学系统中的传播，并计算出光线的传播路径、入射角、反射/折射角等信息。
借助此工具包，我们可以对光学系统进行快速而准确的设计和分析。
除了光线追踪，光学系统的成像效果和性能分析也是光学设计中的重要步骤。
MATLAB具有强大的图像处理和分析功能，可以用于对光学成像系统进行模拟和分析。
通过MATLAB提供的图像处理函数，我们可以对光学系统的模拟图像进行处理，包括去噪、去畸变、增强对比度等。
而通过MATLAB中的图像分析工具包Image Processing Toolbox，我们可以对系统的PSF（Point Spread Function，点扩散函数）进行分析，从而了解图像的分辨率、对比度等性能指标。
在光学系统分析中，除了光线追踪和成像效果的分析，光学系统的光学性能评价也是一个关键步骤。
这包括了光学系统的MTF（Modulation Transfer Function，调制传递函数）、功率传输函数等参数的计算和评估。
在MATLAB中，通过光学传输函数工具包Optical Transfer Function Toolbox，可以方便地计算和分析光学系统的MTF和功率传输函数。
MAT LAB 在二元光学元件设计中的应用
徐满平,周 杰
(嘉应学院物理系,广东梅州 5140015)
摘 要:本文提出利用MA TLAB 的FF T 函数和IFF T 函数,对高斯分布进行傅立叶变换,利用G
-S 迭代法,得到巴特沃斯(近似矩形)分布,从而获得二元光学元件的设计数据,实现对高斯波的
均匀化处理.并给出了完整的设计程序.
关键词:二元光学元件;MA TLAB ;FF T 函数
中图分类号:O439 文献标识码:A 文章编号:1001-2443(2005)01-0035-03
二元光学是光学与微电子技术相互交叉、渗透而形成的前沿学科.二元光学元(器)件在实现光波变换上具有许多卓越的、传统光学难以具备的功能.理论上可以获得任意需要的波前;具有很高的衍射效率;二元光学元件出现在基片表面波长量级的厚度内,因而具有轻型的特点;二元光学元件与传统的光学元件结合,可使系统更为简洁,并能矫正系统像差等[1].然而二元光学元件的设计一直缺乏像普通光学设计程序那样可以求出任意面形、传递函数及系统像差又具有友好界面的通用软件包.
本文尝试利用MA TLAB ———这一集数值计算、符号运算和图形处理等功能于一身的超级科学计算语言,进行二元光学元件的波前变换计算机辅助设计,结果证明其是方便有效的.
1 二元光学件的设计要点
二元光学元件的设计类似于光学变换系统中的相位恢复问题.即,已知成像系统中,入射场和输出平面上的光场分布,计算输入平面上相位调制元件的相位分布,使得经过其调制的入射波场,能高精度地给出预期输出图样,实现所需功能[2].基于这一思想的优化设计方法大致有盖师贝格-撒克斯通(G erchberg -Sax 2ton )算法(G -S )、误差减法(ER )及其修正算法、模拟退火算法(SA )等.本文采用G -S 算法.
图1 二元光学元件对激光束的变换2 二元光学元件设计举例
如图1所示,二元光学元件H 是一个相位调制元件,它可以把
输入的平行激光束进行菲涅尔变换到平面P 上,这时P 上的光场
分布就是输入光场分布的菲涅尔频谱.在二元光学中这个光场的
振幅分布就是所求的.图中A 是一矩形带通滤波器,是为了让激光
束主要部分通过二元光学元件.
为了设计的方便,把二元光学元件H 看作是平面P 上光场分布的傅里叶频谱,并只有相位分布,而振幅分布是均匀的.这样当平行激光束经H 调制后,光束的振幅分布仍保持为高斯分布,而相位分布变为二元光学元件的相位分布.再紧贴着二元光学元件放置一透镜L ,它就能完成傅里叶变换,使P 上的光场分布成为调制后光场分布的傅里叶频谱.
二元光学元件H 的设计.采用G -S 算法.
先设P 的振幅为矩形(均匀)分布,相位为零,作逆傅里叶变换到H ;得到O 1(x ,y )=a1(x ,y )exp (i <1(x ,y )),保留相位分布,将振幅分布替换为高斯分布a (x ,y )=exp (-a 3(x^2+y^2)),再作傅里叶变换到P ;保留相位分布,将振幅分布替换为矩形(均匀)分布,再作逆傅里叶变换到H ;得到O 2(x ,y )=a2(x ,y )exp (i <2(x ,y )),保留相位分布,将振幅分布替换为高斯分布a (x ,y )=exp (-a 3(x^2+y^2)),再作傅里叶变换到P ;保留相位分布,将振幅分布替换为矩形(均匀)分布,作逆傅里叶变换到H.反复迭代多次,直到收敛为止[3-4].将收稿日期:2004-09-28
基金项目:嘉应学院2003年科研资金资助项目(2003018).
作者简介:徐满平(1963-),女,安徽岳西人,副教授,主要从事计算物理及现代光学的教学和研究工作.
第28卷1期
2005年3月 安徽师范大学学报(自然科学版)
Journal of Anhui Normal University (Natural Science )Vol.28No.1Mar .2005
所得最后H的相位分布<H(x,y),再除以一个近轴球面波因子,就是菲涅尔变换.
3 MAT LAB程序设计
上述迭代过程由MA TLAB编程在计算机上实现.在计算机模拟实验中,改变迭代次数P的值,观察比较最终找出收敛时P的值.
MA TLAB源程序:
function F=fft017(M,BOE,p,w,z)
%宽度M=4mm,BOE=150mm,迭代次数p=260,
%波长w=0.6328e-3mm AB间距z=1e3mm
%Part1A:高斯分布
N=BOE/(w3z);
X=[-M/2:1/N:M/2];
m=length(X)
A=zeros(1,m);
Z1=exp(-0.093(X.^2)); A=Z1;
u=([-N/2:1/M:N/2]); xf=u.3(w3z);
wc=90
; %
所需谱面振幅=巴特沃斯分布(近似矩形)n=7
B=sqrt(1./(1+((u.^2).^7.3(wc^(-14)))));
%Part2实现FFT
FB=ifft(B)
FB0=FB;%初值
FBi=angle(FB0);
FBi0=exp(i3FBi);
FBB=FBi0;
for k=1:p
AA=A.3FBB;%振幅替换为高斯分布
FA=fft(AA);
FAm=abs(FA);
FAi1=angle(FA);
FAi=exp(i3FAi1);
BB=B.3FAi;%振幅替换为矩形分布
FB=ifft(BB);
FBi1=angle(FB);
FBi=exp(i3FBi1);
FBB=FBi;
end
%Part3 结果表示
Ba=FAi1;
C0=pi/(w3z)3(xf.^2);%近轴球面波因子
Aa=-C0+FBi1;%二元光学元件H的相位
Da=mod(Aa,23pi);%相位取小于2π
Da=round(Da/(pi/4));%相位二值化n=3
4 结 论
从计算结果可看出通过选择合适的抽样间隔[5]进行多次迭代(FF T与IFF T运算)可将非均匀光场变换63安徽师范大学学报(自然科学版)2005年
成较均匀光场.实验中可根据所得的相位分布,利用空间调制器设计制作二元光学元件H ,以实现均匀光照.参考文献:
[1] 沐仁旺,周进,高文琦,等.几种有应用前景的二元光学元件的研究[J],激光与红外,1999,29(3):53.
[2] 金国藩,等.二元光学[M].北京:国防工业出版社,1998.
[3] 王沫然.MATLAB6.0与科学计算[M].北京:电子工业出版社,2001.
[4] 邓建中,刘之行.计算方法[M].西安:西安交通大学出版社,2001.
[5] 钱维莹,屠志淳.双棱镜干涉实验的系统误差分析及修正[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2003,26(3):235.
[6] 谭峭峰,严瑛白,金国藩,徐端颐,等.分数傅里叶变换衍射光学束匀滑器件的精细化设计[J].中国激光,2003,30(7):609-613.
[7] Conde K aramoko ,李春燕,张瑾,等.几种有机化合物的激光喇曼光谱研究[J].安徽师范大学学报(自然科学版),2004,27(3):283.
DESIGN OF BINAR Y OPTICAL E L EMENT WITH MAT LAB XU Man 2ping , ZHOU Jie
(Physics Department of Jiaying University ,Meizhou 514015,China )
Abstract :The design of binary optical element is simulated by using MA TLAB FF T and IFF T function.It is shown that the binary optical element can transform a gauss beam into uniform beam.The detail program is giv 2en in this paper.
K ey w ords :binary optical element ;MA TLAB ;FF T
(责任编辑 叶松庆)
3 3 3 3 3 3
基 金 项 目 稿 约
本刊热忱欢迎国家级、省部级等科研基金项目的系列论文,并可根据来稿的数量与质量,设立基金项目研究专栏,集中发表,稿酬从优,且不受时间限制,欢迎校内、外专家学者赐稿.7328卷第1期 徐满平,周 杰: MA TLAB 在二元光学元件设计中的应用。
