MATLAB光学干涉实验的仿真研究(2)

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图5-2 光学拍现象的实现 22

图5-3 合成波的光强分布曲线 23

1 绪论

1.1 MATLAB简介

MATLAB代表矩阵实验室，是用于数值计算和图形处理的交互式软件系统。MATLAB的创始人美国新墨西哥州大学计算机系主任Cleve Moler讲授线性代数课程时，为了减轻学生编程的负担研发了MATLAB。而后，MATLAB经过了数年发展与试用。1984年MATLAB商业版正式推出。MATLAB是集成了计算，可视化和编程的高性能的语言。而且，MATLAB是一种现代的编程语言环境：它具有复杂的数据结构，包含内建的编辑和调试工具，以及支持面向对象的程序设计，因此，这些因素不仅使MATLAB成为在大学环境中，理工类高级课程的教学工具；在工业上，用于高生产率的研究与分析所选择的工具，而且使MATLAB已成为国际公认的科技应用软件的先进水平。

1.2 MATLAB用于计算机仿真的优势

MATLAB和其他编程语言比较，凭功能的开放性和运行的可靠性，其具备了如下特点：

（1）编写效率高：MATLAB不但是一种语言编写程序其还面向科学与工程计算的高级语言。另外，编辑、编译、衔接和执行融为一体是MATLAB语言的另一种功能。据此编写效率高，易学易懂。

（2）扩充能力强：组成MATLAB的库函数在进行复杂的数学运算时可以直接调用，并同用户文件在形式上MATLAB的库函数是一样的。

（3）高效方便的矩阵和数组运算：MATLAB语言类似Basic、C语言规定了矩阵的一系列运算符。它不需要定义数组的维数。MATLAB高级语言与其他语言不能比较的优势是：方便、高效、简捷。

（4）极好的开放性：MATLAB的受人们欢迎的特点之一是它的开放性。用户能够通过添加自定义的函数文件来构造新工具箱，是由于除其内部函数外，全MATLAB的核心文件和工具箱文件都有可读性、可改性。

1.3 光学实验仿真的国内外研究现状

随着科学界各个领域的无论是理论上还是技术上的快速发展，光学仿真实验的技术也同步发展。因此，光学仿真实验引起了诸多的科学研究者和理科教学工作者的注重。仿真实验应用性与优点主要是两个方面：

（1）在光学科学研究领域，因光学仪器高精密又昂贵。为了达到减小和避免贵重仪器的损伤，降低科研成本的目的，实际实验能够被仿真实验结论指导。在国外设计和优化光学系统的需求发展了仿真实验。在这方面以总体优化设计软件CHAINOP和PROPSUITE美国在最前沿。我国虽然计算机数值仿真软件投资的晚，但已取得了引人注目的成就。如：能够稳定运行的SG99t6光传输模拟计算软件现在已被推出的。其中线性传输计算模块的精确度与国外同行软件Fresnel同等水平。

（2）光学课程的教育领域，大学物理光学课程概念众多。此外，物理规律比较抽象。因此，理论教学中光学现象和规律缺乏详尽的数学推导。这给学生学习光学课程带来不少困难。在光学教学中渗透仿真实验为学生提供观察现象的机会, 减少其抽象思维的难度，培养学习兴趣,拓展学生的思维领域及创新能力,增强课堂教学效果。在光学教学方面，国外已有关于高级理工类课程的含光盘的光学实验教材。其中具体的讲解了物理光学研究技术、光学成像及图像处理技术，并且给出了各类光学研究技术的MATLAB仿真代码。在国内利用计算机仿真光学实验方面相对落后。2011年有湖州师范学院理学院钱淑珍、陈芳芳、吴平辉等人利用MATLAB研发了光学实验仿真的可执行文件，实现对光学实验的计算机仿真，这表明MATLAB软件走进教学中[5]。