基于matlab物理光学实验仿真平台构建.docxVIP

毕业设计(论文)开题报告 题目： 基于Matlab的物理光学实验仿真平台构建 院（系） 光电工程学院 专 业 光信息科学与技术 班 级 120110 姓 名 闫武娟 学 号 120110127 导 师 刘王云 年 月 日 开题报告填写要求 1．开题报告作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成。 2．开题报告内容必须按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）填写并打印（禁止打印在其它纸上后剪贴），完成后应及时交给指导教师审阅。 3．开题报告字数应在1500字以上，参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册，其中外文文献至少3篇），文中引用参考文献处应标出文献序号，“参考文献”应按附件中《参考文献“注释格式”》的要求书写。 4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯数字书写，例：“2005年11  毕业设计综述 1.1题目背景及意义 物理光学是光学和光学工程的主要理论基础，包括波动光学和量子光学两部分。波动光学讨论当光主要呈现波动性质时所产生的各种现象（如光的传播、叠加和偏振等）及其规律，其时常把光称为“光波”[1]。物理实验是物理理论课教学的延伸，是理解理论知识、认识规律的有效途径[2]。近年来，不少学校投入了大量财力和物力改善实验条件，取得了一定的效果，但这种方法对实验条件要求苛刻随着计算机技术的快速发展和广泛应用，计算机仿真作为虚拟实验手段，具有良好的可控性、无破坏性、可重复性、易观察和经济性等优点，有望为科研和教学工作提供新的辅助手段[3]。MATLAB是一种功能强大的数学软件[4]，这种语言的编程简练且准确，可以方便迅速地用三维图形、图像、声音、动画等表述计算结果[5]。通过仿真模拟物理光学实验中的图样以及光强分布，更好地帮助我们理解课堂上所学的理论知识。 1.2国内外相关研究情况及现状 干涉和衍射是光学教学中的重要内容[6]，但由于光学实验仪器一般体型大，对仪器稳定性要求高，而且搭建复杂光路和调试实验仪器也非常耗费时间[7]。随着科学技术的进步，光学实验仿真技术的发展非常迅速[8]，目前，光学演示实验主要是采用文本的投影教学课堂演示，但是图像是静态的，效果并不好[9]，MATLAB具有用法简单、灵活、程式结构性强、延展性好等优点，已经逐渐成为科技计算、视图交互系统和程序中的首选语言工具[10]，利用MATLABGUI工具对实验进行计算机仿真，仿真界面丰富直观，可以直接在界面输入和改变参数而不需要改变原程序[11]。 目前，国内外已通过MATLAB软件实现了杨氏双缝干涉，迈克尔逊干涉仪，牛顿环干涉实验，劈尖干涉等干涉实验的仿真平台构建；也实现了夫琅禾费单缝衍射，光栅Talbot效应，菲涅尔衍射等衍射实验的仿真平台构建。早先具有代表性的是劳伦斯利弗莫尔实验室光传输模拟计算软件Prop92[12,13]及大型总体优化软件CHAINOP和PROPSUITE[14]，又如2012年，吴平辉，付恋恋，蒋记望，陈芳芳等人发表《物理光学实验仿真平台的开发》； 2013年，张卫山，尚剑锋，刘雪林等人发表《基于MATLAB GUI的波动光学仿真平台构建》的文章等等。 在物理光学实验仿真平台的构建已取得了显著的成绩。现有的仿真平台可分为两个模块：主界面、次界面。可从主界面进入次界面，次界面中又包含参数的输入与图像的绘制，不同的参数便可模拟出不同的物理光学实验的条纹以及光强分布图，改变参数可模拟出另一组图像，与前一组可进行观察对比，可模拟平面图像，也可模拟出三维光强图像[15]。这些仿真平台的使用不仅方便了教学，而且也使学生更容易理解物理光实验的基本原理，加深对理论知识的理解与记忆。 2.课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法 2.1课题研究的主要内容 (1). 在光的干涉基本理论基础上，实现两束平面波、球面波的干涉实验，杨氏双缝和杨氏双孔干涉实验，平行平板的等倾干涉实验，楔形平板的等厚干涉实验，牛顿环干涉实验，迈克尔逊干涉实验以及平行平板的多光束干涉实验。 (2). 在菲涅尔衍射及夫琅和费衍射基本理论基础上，实现矩孔、单缝、圆孔、双缝、多缝、平面光栅及闪耀光栅的衍射实验。 2.2 研究方法及方案 物理光学实验可分为两大类：干涉与衍射。光的干涉有光源、干涉装置和干涉图形三个基本要素；衍射分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射。光学领域的大部分图像及曲线分布都可以用MATLAB