高阶拉盖尔高斯模与高斯基模干涉的理论模拟.docx

高阶拉盖尔高斯模与高斯基模干涉的理论模拟　　 摘要：随着科技发展，激光成为了现代光学中重要的工具。其广泛应用于科研、医学以及军事等重要领域中。而计算机的出现，使得复杂的运算自动化，且极大降低了各种领域运算工程所需的时间。本设计基于Matlab编程环境和图形处理功能，进行高阶拉盖尔高斯模的理论模拟，并使用Java对模拟结果管理和存储至数据库中，之后可很方便的对结果进行统计观察。Matlab包含大量的算法且具有强大的运算函数库，并且能打包在Java环境上运行。 Java能很好的支持Matlab打包的jar文件，在导入相关库文件后可以在Java中进行模拟并能很好的管理、存储模拟结果和生成相关日志。社区版的MySQL作为一款免费开源的数据库，能完全满足存储该模拟结果和日志的要求，并且能很好的兼容Java，方便导出实验数据进行可视化的展示。经过测试，本设计能完美的在Java上使用Matlab的库函数进行高阶拉盖尔高斯模的理论模拟，并且能整理存储模拟结果和生成日志。 关键字：软件工程；高阶拉盖尔高斯光束；Matlab；Java；MySQL； 引言 　　目前，Matlab因为其自带的强大的函数库和图形处理功能而受到数学领域的广泛关注。随着计算机的发展迅速，计算机的每分钟运算量提升巨大，使用Matlab来解决数学问题和物理问题显然是很高效的，但如要进行部分物理实验，单独一组实验可能无法观察和确认实验对象的物理规律和性质，在物理实验中多组对照实验显得极其重要。然而，使用Matlab进行函数运算固然比较方便，但要管理大量实验的实验结果和记录，如果要人力进行整理就显得比较麻烦，且没有必要。因此本设计旨在结合计算机编程和物理光学函数的编程，将计算函数和自动化整理实验结果同时实现，在进行多组实验时就不需要繁琐的进行参数输出和导出管理实验结果。这样，极大节约了人力成本和充分利用了计算机的自动化功能。 　　现在，激光作为重要的研究工具广泛应用于各研究领域中。而激光在传统上的应用多采用其基模模式，随着现代科技的发展，激光的高阶模式因其具有的特殊的空间结构和正交特性，而在精密的位移探测[1]、原子俘获和量子信息传输等领域表现出一定的优势。与低阶相比，高阶的模有更复杂的空间分布、包含更多的信息量且广泛应用在许多领域。在计算运算领域，Matlab被广泛用于各种函数公式计算，其确实被作为光学物理的一项模拟研究工具。 Matlab主要应用在矩阵计算，可以很简单的输入数学公式进行计算，因为它自带的巨大函数库基本包括了数学运算所需的全部函数[2].Matlab并不是一款专门用于计算机程序的软件，而是用于解决数学问题的软件，因此和计算机编程语言相比，Matlab使用的是数学公式、表达式。也因为这样Matlab在教育领域也很受欢迎[3].但Matlab始终作为一款计算专用的软件，软件本身占用空间极大，且直接生成可执行文件不便于管理批量运算时对参数的输入和运算结果的整理。而Matlab本身具有的工具包，可以使其打包成其他编程软件的运行库，从而方便拓展。Java语言在现代编程中应用十分广泛，因为其可以跨操作系统进行编程，所以使用Java进行编程开发的程序实用性极高并且可以很好的扩展到其他操作系统中。而且Java语言是在一些传统的编程软件的基础上进行的发展，有着更加的简便的编程环境、更为完善的多线程设计且兼容与不同的操作系统。目前，Java无论是在网页开发方面还是开发桌面程序方面，都能很好的胜任，其有着美好的发展前景[4].而Matlab刚好能打包为支持Java的jar工具包，选取Java作为执行和管理Matlab运算的语言环境，不单可以提升Matlab的运算效率，还可以便利的观察到其执行结果，甚至可以移植至移动平台。随着互联网的发展，开源数据库管理系统（DBMS）逐渐引起人们的关注。MySQL作为一款DBMS，有着 DBMS的特效，其功能强大，使用起来很方便就能实现对数据的管理，运行起来高效且稳定，并且社区版的MySQL又是完全免费的。目前，许多网站、企业LAN和个人资料库使用MySQL作为其数据库[5].因此，本设计选用MySQL作为存储运算结果的数据库，并且MySQL也与Java很好的兼容。 　　本设计为了很好使用计算机函数和充分利用计算机的自动化，结合了Matlab的强度函数库以及图形处理，包装成能直接供Java引用的类包，在Java上实现执行批量运算并管理结果，只需一次性将多组实验需要的参数准备好，实验就会自动进行并且自动整理结果，大大降低手动来处理的人力成本和时间。 相关技术概述 　　针对进行高阶拉盖尔高斯模的理论模拟从使用的技术层面上详细解析所需使用的技术、软件相关知识。并通过对相关资料进行查阅并补充到如果应用到本次设计中。 Matlab R2019b 　　198