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1、文档供参考，可复制、编制，期待您的好评与关注！ 目 录摘 要IABSTRACTII1绪论11.1波的叠加原理综述11.2光学实验仿真的国内外研究现状21.3 MATLAB用于光学仿真的优势和意义32光学拍现象52.1光学拍现象的理论知识52.2本章小结83光学拍的仿真93.1仿真实现方案93.2光学拍现象的仿真93.3本章小结134图形用户界面的设计144.1图形用户界面的界面设计及其初始化154.2图形用户界面的制作184.3仿真演示214.4本章小结235总结24参考文献25附 录26致 谢33 / 摘 要本文主要学习了光学拍理论，并对两列波形成光学拍的条件做了深入细致的分析；然后根据光学
2、拍的数学计算公式，编写了光学拍仿真的MATLAB程序代码；最后为了方便用户使用，本文设计了图形用户界面 （包括设计方案、界面控件的布置和控件后台程序代码的添加），实现了人机交互。研究结果表明：本文从光学拍的理论知识出发，运用MATLAB的强大的矩阵运算功能和图形绘制功能实现了两列振幅相同，角频率相差很小的单色平面波的存储；实现可两列单色平面波叠加后的合成波（光学拍）的仿真和合成波（光学拍）的光强分布;然后根据光学拍现象应用MATLAB进行计算机仿真，并且编写出程序代码实现光学拍现象。本文的特色在于：为了让读者方便而直观的学习光学拍，本文将给出光学拍的图形用户界面（GUI）及其的设计方法，包括界
3、面布置的设计和各控件代码的添加。关键词：光学拍； MATLAB； 计算机仿真； 图形用户界面 AbstractThis article has mainly studied the optical beat theory, and has made the thorough careful analysis to the conditions of two series wave emerge optical beat; Then, according to the mathematical computation formula of the optical beat, this artic
4、le has compiled the MATLAB procedure code of optical beat simulation; Finally, considering for the convenience of the users , this article has designed the graphical user interface (including design proposal, arrangement of the controls of the interface and compilation of the background code), reali
5、zed the man-machine interaction.The researching results indicate that: this thesis sets out from the principle of optical beat, then realize the storage of two monochromatic plane wave have same amplitude and little difference angular frequency, the simulation of synthesis of wave(optical beat) of s
6、uperposition of two monochromatic plane wave and intensity distribution of synthesis of wave(optical beat) by taking advantage of the powerful matrix-calculating function and graphics-describing ability; Then it will use MATLAB to carry out computer simulation according to phenomenon of optical beat
7、 and give out the program code to realize phenomenon of optical beat. The characteristic of this article lies in: to make readers easy and convenient to study the optical beat，the thesis will give out the Graphics User Interface(GUI) of optical beat, including the interfaces disposal and the additio
8、nal program code of uicontrols. Key words: optical beat; MATLAB; computer simulation; graphical user interface1绪论本文主要是进行光学拍的MATLAB仿真。光学拍是光的波动特性的一种表现，属于光的干涉特征，但这种干涉现象因受到探测器伯的限制，长期难于观察到但随着光源及探测器的不断更新发展，这种干涉现象表现的越来越重要。1.1波的叠加原理综述光的干涉、衍射等波动现象是光波迭叠加的必然结果。叠加原理是波动光学的基本原理之一，也是解决光的干涉、衍射、偏振等波动问题的理论基础。当光波在媒质中传
9、播时，必然引起空间各点的扰动。当两个或两个以上的光波同时在同一空间区域传播时，空间的每一点都将同时受到各分量波的作用，如果波的独立船舶原理成立，则在它们叠加的空间区域内，每一点的扰动将等于各个分量波单独存在时该点扰动之和，这就是波的叠加原理。这里所指的扰动，对机械弹性波来说，是指某质点振动的瞬时值；对于光波来说，则是某考察点处电矢量振幅的瞬时值。所以波的叠加，即是求考察点处合扰动的问题。当各分量波为标量波时，合扰动等于各分量波在该点扰动的标量和；当各分量波为矢量波时，合扰动等于各分量波扰动的矢量和1。 波动微分方程解的叠加性，构成了波的叠加原理的数学基础，但是，和波的独立传播原理一样，波的叠加
10、原理也是根据大量的实验总结出来的，应用波的叠加原理作出的对衍射、干涉等波动现象的正确解释，才是波的叠加原理成立的真正依据。波的叠加原理的成立也是有条件的，其条件和波的独立传播成立的条件相同，即是说，波的叠加原理和独立传播原理是相容的。具体来说，只有在真空中传播，或者光波电磁场与媒质的相互作用满足线性条件时才能成立。按照经典的理论，光波电磁场和媒质中带电粒子（主压迫是指原子的外层电子）相互作用，将产生一个新的极化电磁场，叠加在原来的电磁场上。只有当上述过程是线性时，叠加原理才能成立。原子核在外层电子处产生的电磁场、强度为数量级，而地球表面直射阳光的电场强度仅左右，所以普通光源发出的光波对媒质的作
11、用只是一种“微扰”、波的叠加原理才能成立。但对于电场强度接近和超过的强激光，光波与媒质的相互作用不再满足线性性。我们将波在其中传播是服从的叠加原理和独立传播原理的媒质成为“线性媒质”，与此相反的媒质称为“非线性媒质” 2 。一般情况下，当两个或多光波在空间相遇时，总会发生光波的叠加现象；当参与叠加的各个分量波的传播方向、振动方向或时间频率关系不同时，叠加的结果也不相同。本文就振动方向相同的光波，即标量波的叠加问题作相关的理论论证。两个同频率同方向的单色波的叠加后合成波仍是与两个分量波频率相同，传播方向相同，其他控件、时间参量及位相速度都没有变化的简谐平面波，只是有了新的初相位和振幅。合成波的初
12、相位取决于两个分量波的初相位的平均值，合成波的振幅取决于两个分量波的位相差；两个同频率反方向的平面波的叠加后合成波是一个驻波；两个同频率，沿任意方向传播的平面波叠加是两个平面波的干涉现象；不同频率的平面波的叠加其合成波在空间时间上的变化规律都相当的复杂3。两个振动方向相同，振幅相等、且在同一方向传播，但频率接近的单色光波的叠加，其结果产生光学上的“拍”现象。1.2光学实验仿真的国内外研究现状 在计算机飞速发展的今天，光学实验仿真受到越来越多的科研工作者和教育工作者的广泛关注。国外的光学实验仿真是在模拟设计和优化光学系统的过程中发展起来的。在这方面，美国走在最前面，其中最具代表性的是劳伦斯利弗莫
13、尔实验室光传输模拟计算软件 Prop92及大型总体优化设计软件CHAINOP和PROPSUITE 。另外法国也开发完成其具有自身特点的光传输软件Miro。该软件采用C+编写，可以运行于多个平台。俄罗斯普通物理实验室在上世纪90年代初推出光传输软件Fresne12.0 ，经过几年的发展，目前已经推出 Fresne14.0版本。这些软件都是成熟的商业化光传输及系统设计软件4。在光学教学方面，国外己有相关的配有光盘演示光学实验的教材，该教材主要针对高年级学生和研究生使用。其中不仅详尽地介绍了几何光学、物理光学、光学成像技术及图像处理技术，而且利用现在普遍使用的软件工具Matlab对它们进行了系统的仿
14、真。也有针对理科和工科低年级学生使用的光学教材，该教材使用MatchCad绘制各种逼真的光学仪器，创造出仿真的光学实验室，学生可利用其进行探索和发现性学习，充分调动学生的积 极性。还有网络版光学教材，该教材采用Mathematica 进行光学仿真计算，结合LiveGraPhic3D JavaL1.1的动画制作功能在网络上实时演示各种光学实验的结果图。 在国内,中国科技大学基础物理实验中心人工智能与计算机应用研究室的大学物理仿真实验，利用软件设计虚拟仪器，建立虚拟实验环境。实验者可在这个环境中操作仪器模拟真实的实验过程。该软件通过计算机把实验设备，教学内容，教师指导和学生的操作有机地融合为一体，
15、形成了一步活的、可操作的物理实验教科书。通过仿真物理实验学习，学生对实验的物理思想和方法、仪器的结构及原理的理解，可达到实际实验难以实现的效果，实现了培养动手能力，学习实验技能，深化物理知识的目的，同时增强了学生对物理实验的兴趣，大大提高了物理实验教学水平，是物理实验教学改革的有力工具。该软件现已在全国高校得到普遍应用，并获得很好的教学效果和广泛好评。然而，光学计算机仿真实验教学在国内的发展比较缓慢，在2003年北京举行的网络教育软件展上，有关光学实验的网络教学软件都偏重于理论分析方面，对计算机应用于光学实验的仿真方面未给予充分重视5。本文设计基于MATLAB下的光学拍的仿真及其图形用户界面的
16、设计，经查阅资料，阅读相关书籍、教材、期刊等各种文献，对光学拍现象的形成条件和理论知识得以掌握，学习MATLAB软件的编程方法和程序结构。通过理论知识的论证和公式计算，实现了光学拍的理论实现方程。通过理论知识的参照，编写出了基于MATLAB下的光学拍的仿真程序。利用MATLAB下的GUI图形制作工具设计光学拍的的界面，通过前面的程序的修改和添加，在GUI的初始化程序中加入设计的代码实现了光学拍的界面设计。1.3 MATLAB用于光学仿真的优势和意义在大学理工科课程的教学中引入计算机模拟技术正日益受到重视 ，关于物理图形比如光学实验图像的模拟 ，已经有人做过一些工作 ，但还较少见到有人利用 MA
