仿真光學實驗平臺的構建

    隨著計算機技術的不斷發展，計算機輔助教學走進了現代教育教學的體系。 ＭＡＴＬＡＢ軟件具有強大的圖像處理與數值計算功能，通過建模和編程可以對在實際操作時存在困難的光學實驗進行仿真模擬，能使學生較好地預習實驗，理解 實驗，完成實驗，復習實驗。 人們運用ＭＡＴＬＡＢ對光學實驗仿真系統的實現進行了許多研究，但是依然 存在很多缺陷如沒有圖形用戶界面、無法隨意調節參數、缺少激光類實驗仿真、 無法脫離ＭＡＴＬＡＢ環境運行等。針對這些缺陷，本文對各光學實驗進行了全面、 系統的仿真模擬，研制出了包括基礎光學中干涉和衍射、信息光學中的光學圖像 處理以及激光實驗在內的可擴展性、可移植性強的光學實驗仿真平臺。
  具體內容如下：
（１）基礎光學實驗仿真。在光的干涉的基本理論的基礎上，根據各干涉實驗 裝置建立了相應的數學模型并給出了算法流程，實現了光學拍實驗、球面波光源 垂直以及平行觀察屏干涉實驗、楊氏雙縫和楊氏雙孔干涉實驗以及等傾等厚干涉 實驗的仿真，并進一步討論了光源為復色光時的仿真實現。在菲涅爾及夫瑯和費 衍射的基本理論的基礎上，建立了衍射仿真實驗的數學模型，分析了各種不同形 狀孔徑下的夫瑯禾費衍射及菲涅耳衍射的衍射圖樣及其強度分布，并實現了對光 柵衍射的仿真。
（２）信息光學實驗仿真。分析了４ｆ相干光學成像系統的工作原理，并以此建 立了空間濾波仿真算法，實現了低通、高通、帶通和方向濾波仿真實驗。隨后簡 要分析了圖像的邊緣檢測、特征提取、圖像增強的基本方法并進行了仿真實現。
（３）激光實驗仿真。分析了高斯光束、自再現模、激光鎖模的原理及其相應 的理論推理過程，據此提出了利用ＭＡＴＬＡＢ來實現仿真的基本思路和仿真算法 并進行了仿真實現。zui后通過設置不同參數對仿真結果進行了對比分析，并與理 論及實際情況相比較，得到了很好的驗證。
（４）仿真光學實驗平臺的構建。分析了選用ＭＡＴＩ．ＡＢ的ＧＵＩＤＥ作為開發環 境的原因，討論了圖形用戶界面設計原則及制作步驟，在此基礎上制作了界面簡 潔美觀、可擴展性強的光學實驗仿真平臺，實現了實驗參數的靈活設置，具有良 好的人機交互功能，zui后進行了ＭＣＣ編譯，生成了可以脫離ＭＡＴＬＡＢ環境運行的獨立可執行文件。