Rsoft软件(BPM,光束传播法模拟)中文课件(实用操作 )江苏大学陈明阳教授编写 2018最新版
光通信器件设计第七章实用操作
江苏大学
光电信息科学与工程系
陈明阳
2018.9
第七章实用操作 1 拷贝图形
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sita 12345
678910M o n i t o r O u t p u t 0.0
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说明
Metafile(图元)格式：适用于曲线图形 Bitmap(位图)格式：通用
2 对数(分贝) 表示
对于频域（反映波导输出结果与波长关系）的分析，一般用分贝显示结果
例：耦合器分析
单个计算结果
计算波导输出与波长的关系曲线
计算结果
蓝线：左侧波导
绿线：右侧波导
对数（分贝dB）显示
蓝线：左侧波导
绿线：右侧波导
3 场分布显示格式调整
基于Matlab的光学衍射仿真
基于Matlab的光学衍射实验仿真 摘要 光学试验中衍射实验是非常重要的实验. 光的衍射是指光在传播过程中遇到障碍物时能够绕过障碍物的边缘前进的现象, 光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据. 衍射系统一般有光源、衍射屏和接受屏组成, 按照它们相互距离的大小可将衍射分为两大类, 一类是衍射屏与光源和接受屏的距离都是无穷远时的衍射, 称为夫琅禾费衍射, 一类是衍射屏与光源或接受屏的距离为有限远时的衍射称为菲涅尔衍射。 本文用Matlab软件对典型的衍射现象建立了数学模型，对衍射光强分布进行了编程运算，对衍射实验进行了仿真。最后创建了交互式GUI界面，用户可以通过改变输入参数模拟不同条件下的衍射条纹。 本文对于衍射概念、区别、原理及光强分布编程做了详细全面的介绍 关键字：Matlab；衍射；仿真;GUI界面;光学实验
Matlab-based Simulation of Optical Diffraction Experiment Abstract Optical diffraction experiment is a very important experiment. is the diffraction of light propagation of light in the obstacles encountered in the process to bypass the obstacles when the forward edge of the phenomenon of light diffraction phenomenon of the wave theory of light provides a strong Evidence. diffraction systems generally have light, diffraction screen and accept the screen composition, size according to their distance from each other diffraction can be divided into two categories, one is the diffraction screen and the light source and the receiving screen is infinity when the distance between the diffraction Known as Fraunhofer diffraction, one is diffraction screen and the light source or accept a limited away from the screen when the diffraction is called Fresnel diffraction. In this paper, Matlab software on a typical phenomenon of a mathematical model of diffraction, the diffraction intensity distribution of the programming operation, the diffraction experiment is simulated. Finally, create an interactive GUI interface, users can change the input parameters to simulate different conditions of the diffraction pattern. This concept of the diffraction, difference, intensity distribution of programming principles and a detailed comprehensive description Key word: matlab；diffraction; simulation; gui interface; optical experiment
Rsoft软件简介和使用教程
RSOFT使用教程 目录 Rsoft简介 (3) Chapter 7 Tutorials 第七章教程 (5) Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器 (5) Device Layout: 器件结构： (5) Defining Variables 定义变量 (6) Drawing the Structure 画器件结构图 (6) Checking the Index Profile 核对折射率分布 (9) Adding Time Monitors 添加时间监视（探测）器 (10) Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发 (12) Launch Field 激发场 (12) Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱 (12) Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率 (14) Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发 (16) Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格 (17) Lattice layout 晶格布局 (17) Base Lattice Generation 基准晶格的创建 (17) Lattice Customization 定制晶格 (18) Checking the Index Profile 核对折射率分布 (18)
Inserting Time Monitors 插入时间监视器 (19) Launch Set Up 激发场设置 (20) Simulation 模拟 (21) Data Analysis 数据分析 (22) Switching Polarization 改变偏振为TM模 (23) Periodic Boundary Condition Set Up (24) Tutorial 3: PBG Crystal: Tee Structure 教程 3：PBG晶体： T型结构 (24) Tutorial 4: PBG Crystal: Defect Mode 教程四：PBG 晶体：缺陷模型 (24)
基于MATLAB的物理光学实验仿真平台构建
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月26日”。
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 软件加以计算和实现[16]， 以杨氏双缝干涉为例，简述实验方案 杨氏双缝干涉模型是典型的分波面干涉，其干涉装置图如图所示，用一个单缝与一个双缝，从同一波面上分出两个同相位的单色光，进而获得相干光源并观察分析干涉图样。 图1.1杨氏双缝干涉实验装置图 2.2.1数学建模 根据干涉的基本原理，点光源S 发出的光波经双缝分解为次波源S 1、S 2，这两个次波源发出的光波在空间相干叠加，继而在其后的接收屏形成一系列明暗相间的干涉条纹。 设入射光波波长为λ，两个次波源的强度相同，且间距为d （1）位相差的计算: 221)2 (y d x r ++ =222)2 - (y d x r +=（2.1） )(*12r r n -=?（2.2）
Rsoft软件简介和使用
目录 Rsoft简介 (3) Chapter 7 Tutorials 第七章教程 (5) Tutorial 1: Ring Resonator 教程1：环形共振器 (5) Device Layout: 器件结构： (5) Defining Variables 定义变量 (6) Drawing the Structure 画器件结构图 (6) Checking the Index Profile 核对折射率分布 (9) Adding Time Monitors 添加时间监视（探测）器 (10) Simulation: Pulsed Excitation 模拟：脉冲激发 (12) Launch Field 激发场 (12) Wavelength/Frequency Spectrum 波长/频率光谱 (12) Increasing the Resolution of the FFT 提高FFT的分辨率 (14) Simulation: CW Excitation 模拟：连续激发 (16) Tutorial 2: PBG Crystal: Square Lattice 教程 2：PBG 晶体：四方晶格 (17) Lattice layout 晶格布局 (17) Base Lattice Generation 基准晶格的创建 (17) Lattice Customization 定制晶格 (18) Checking the Index Profile 核对折射率分布 (18) Inserting Time Monitors 插入时间监视器 (19) Launch Set Up 激发场设置 (20)
工程光学matlab仿真设计
工程光学仿真实验报告 1、氏双缝干涉实验 （1）氏干涉模型 氏双缝干涉实验装置如图1所示: S 发出的光 波射到光屏上的两个小孔S1 和S2 , S1 和S2 相 距很近,且到S 等距;从S1 和S2 分别发散出的光 波是由同一光波分出来的,所以是相干光波,它们在距离光屏为D 的屏幕上叠加,形成一定的干涉图 样。 图1.1 氏双缝干涉 假设S 是单色点光源,考察屏幕上某一点P ,从S1 和S2 发出的光波在该点叠加 产生的光强度为: I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos δ （1-1） 式中, I1 和I2 分别是两光波在屏幕上的光强度, 若实验装置中S1 和S2 两个缝 大小相等, 则有 I1 = I2 =I0 （1-2） δ= 2π（r2 - r1）/λ（1-3） （1-3） 2221)2/(D y d x r +++= （1-4） 2222)2/(D y d x r ++-= （1-5） 可得 xd r r 22 122=- （1-6） 因此光程差：12r r -=? （1-7） 则可以得到条纹的强度变化规律- 强度分布公式： ]/)([cos 1220λπd r r I I -= （1-8） （2）仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda 表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d 表示两缝之间距离 d=d*0.001; Z=0.5; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z 表示
yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的围 Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny是此次采样总点数 %采样的围从- ymax到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny次计算L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end%结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/4.0)*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线title('氏双缝干涉'); （3）仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm
浅谈Rsoft软件在光纤光学教学中的应用
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/cb14667559.html, 浅谈Rsoft软件在光纤光学教学中的应用 作者：刘春兰魏勇苏于东 来源：《理科爱好者(教育教学版)》2018年第02期 【摘要】光学作为理学类专业的一门基础学科，在本科生教育中占有非常重要的地位， 近年来光纤光学已被引入了本科及研究生课堂。本文提出了在光纤光学教学中使用Rsoft软件进行仿真分析，结合该软件的使用特点，采用软件仿真的实验教学方式，将光纤传播理论中难懂的理论知识转变为可视化的图像显示，直观的反应光纤传光特点，帮助学生理解和分析，有效提高教学质量和教学效率。 【关键词】Rsoft；仿真；光纤光学 【中图分类号】G612 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8437（2018）10-0002-02 近年来，光纤技术发展迅速，已广泛应用于通信、生物、化学、医学等各个领域。“光纤光学”是光学专业研究生的专业课，是本科生“高等光学”学科中的主要章节，具体内容涉及了光纤通信、光纤传感、薄膜光学等众多学科，具有内容广泛、理论深厚、知识更新快速、理论与实际紧密联系等特点[1]。 在教学中我们发现，光纤光学成为高等光学学科中最为难懂的一部分内容，因目前的教科书就这部分内容给出长篇大论的理论推导，学生理解十分困难，从而导致失去学习兴趣，影响教学效果。为解决这一实际问题，我们在实验课程中引入Rsoft软件进行仿真教学，将理论分析结果可视化，通过参数设置帮助学生理解数学模型中各个参量的实际意义，使计算结果生动、直观的展示在学生面前，激发学生独立思考的学习兴趣，提高学生逻辑思维和动手能力。此外，通过该仿真软件的学习，还可帮助研究生在学习理论知识之外掌握基本科学研究的理论学习方法，为研究生从事科研项目奠定基础。 1 利用Rsoft进行光纤传感仿真 仿真是指利用数学建模的方法，复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或存在设计中的系统。当光纤技术更新换代快，且光纤作为教学耗材价格昂贵又不易操作时，仿真成为一种有效的教学研究手段。 Rsoft是一款基于先进的有限差分光束传播法的专业软件，高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真，集基于光束传播法的光波导设计、基于时域有限差分法的光波导设计、光子晶体分析设计、衍射光学结构器件分析设计和光栅分析设计等于一身。作为一个基于多种数学分析方法的系统模拟器，Rsoft具有强大的模拟环境、真实的器件和相对简单的操作方式。它的性能可以通过matlab软件或其他可编程软件进行扩展，其用户界面简单，且可调参数明显。 2 仿真实例
RSoft-仿真软件指导书
RSoft 仿真软件指导书 RSoft是一款非常实用的光波导仿真软件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多种算法，使得它能够适用于各种不同要求场合。本课程主要使用RSoft算法集中的BPM算法对光波导和简单光波导器件进行仿真计算，从而对光在波导中的传输有一定得了解。 一、软件CAD界面： 下载网站上的压缩包，解压缩后运行C:\Program Files\RSoft\bin文件夹中的bcadw32.exe，即出现如下图所示的CAD界面。此界面是定义波导结构和下一步计算的前提。 二、单根波导的仿真： 在软件中，点击左上角的”New Circuit”按钮，如图所示。
点击后弹出基本设置对话框，波导的一些基本特性参数需要在此设定。我们模拟目前光通信系统中应用最为广泛的掩埋型二氧化硅波导（channel型）。波导横截面的尺寸结构为6um*6um，芯层折射率为1.465，包层折射率为1.455（包层和芯层的折射率差为0.01），通信波长为1.55um。基本参数的设定如下图所示（注意，软件中关于长度的单位均为um）：
设置完毕后点击”OK”，进入CAD界面。
首先画一根直波导。点击”Segment mode”（新建文件时默认就是此模式），如上图红圈所示。之后在空白的CAD窗口中某一处单击鼠标左键，在任意另一处再单击左键，即可画出一条波导，如下图所示。
到目前为止，画出的波导是任意的，我们还需要对它进行设置，满足我们设计的要求。将鼠标移动至波导上（红色区域上），再单击鼠标右键，会弹出波导的设置菜单。由于我们只需要仿真普通的直波导，所以大部分设置保持默认即可。主要需要调整波导的位置。在RSoft 软件中，波导位置是由首尾两个坐标确定的，并且BPM计算的光是只沿着z轴传播（即竖直方向），这个是需要特别注意的。具体设置见下图。
工程光学matlab仿真
工程光学仿真实验报告1、杨氏双缝干涉实验 （1）杨氏干涉模型 屏 图 , 0（1-8） 2 1 （2）仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d表示两缝之间距离 d=d*0.001; Z=0.5; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z表示 yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的范围
Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny 是此次采样总点数 %采样的范围从- ymax 到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny 次计算 L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end %结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/4.0)*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot 创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线 title('杨氏双缝干涉'); （3）仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm c)双缝间距6mm d)双缝间距8mm 图1.2改变双缝间距的条纹变化 由上面四幅图可以看出，随着双缝之间的距离增大，条纹边缘坐标减小，也就是条纹 间距减小，和理论公式d D e /λ=推导一致。如果增大双缝的缝宽，会使光强I 增加，能够 看到条纹变亮。 二、杨氏双孔干涉实验 1、杨氏双孔干涉 杨氏双孔干涉实验是两个点光源干涉实 验的典型代表。如图2所示。当光穿过这两个 离得很近小孔后在空间叠加后发生干涉, 并 在像屏上呈现出清晰的明暗相间的条纹。 由 于双孔发出的波是两组同频率同相位的球面 波, 故在双孔屏的光射空间会发生干涉。 于是, 在图2中两屏之间的空间里, 如果一点P 处于 两相干的球面波同时到达 波 峰 (或波谷)的位置, 叠加后振幅达到最高, 图2.1 杨氏双孔干涉 表现为干涉波的亮点; 反之, 当P 处处于一个球面波的波峰以及另一个球面波的波谷时候， 叠加后振幅为零，变现是暗纹。
用matlab实现杨氏双缝干涉的实验仿真
用MATLAB实现杨氏双缝干涉实验仿真摘要： 实验室中，做普通光学实验，受到仪器和场所的限制；实验参数的改变引起干涉图样的改变不明显，难以体现实验的特征。本文利用MA TLAB仿真杨氏双缝干涉实验，创建用户界面，实现人机交互，输入不同实验参数，使干涉现象直观表现出来。 关键词： MATLAB；杨氏双缝干涉实验；用户界面设计；程序编写；仿真。 1. 引言： 在计算机迅猛发展的今天，光学实验的仿真越来越多的受科研工作者和教育工作者关注。其应用主要有两个方面：一是科学计算方面，利用仿真实验的结果指导实际实验，减少和避免贵重仪器的损害；二是在光学教学方面，将抽象难懂的光学概念和规律，由仿真实验过程直观的描述，使学生对学习感兴趣。在科学计算方面，国外的光学实验仿真是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，其中最具代表性的是劳伦斯利和弗莫尔实验光传输模拟计算机软件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。在光学教学方面，国外已有相关的配有光盘演示光学实验的教材。我国用于科学研究的光学实验计算机数值仿真软件随开发较晚，但也已经取得了显著成绩。特别是1999年，神光——III原型装置TLL分系统集成实验的启动为高功率固体激光驱动器的计算机数值模拟的研究创造了条件。目前已基本完成SG99光传输模拟计算软件的开发，推出的标准版本基本能稳定运行。目前该软件已经应用于神光——III主机可行性论证的工作中。计算机仿真具有观测方便，过程可控等优点，可以减少系统对外界条件对实验本身的限制，方便设置不同的参数，借助计算机的高数运算能力，可以反复改变输入的实验条件系统参数，大大提高实验效率。MATLAB是MatlabWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。具有可扩展性，易学易用性，高效性等优势。 通过对目前计算机仿真光学实验的现状和相关研究的分析，本文将用Matlab 编程实现杨氏双缝干涉实验的仿真。利用Matlab GUI建立用户界面，实现人机
Matlab数字衍射光学实验讲义(一)
实验注意事项（必读） 1．没有弄清楚实验内容者，禁止接触实验仪器。 2．注意激光安全。绝对不可用眼直视激光束，或借助有聚光性的光学组件观察激光束，以免损伤眼睛。 3．注意用电安全。He-Ne激光器电源有高压输出，严禁接触电源输出和激光头的输入端，避免触电。 4．注意保持卫生。严禁用手或其他物品接触所有光学元件（透镜、反射镜、分光镜等）的光学表面；特别是 在调整光路中，要避免手指碰到光学表面。 5．光学支架上的调整螺丝，只可微量调整。过度的调整，不仅损坏器材，且使防震功能大减。 6．实验完成后，将实验所用仪器摆放整齐，清理一下卫生。
Matlab数字衍射光学实验一 计算机仿真过程是以仿真程序的运行来实现的。仿真程序运行时，首先要对描述系统特性的模型设置一定的参数值，并让模型中的某些变量在指定的范围内变化，通过计算可以求得这种变量在不断变化的过程中，系统运动的具体情况及结果。仿真程序在运行过程中具有以下多种功能： 1）计算机可以显示出系统运动时的整个过程和在这个过程中所产生的各种现象和状态。具有观测方便，过程可控制等优点； 2）可减少系统外界条件对实验本身的限制，方便地设置不同的系统参数，便于研究和发现系统运动的特性； 3）借助计算机的高速运算能力，可以反复改变输入的实验条件、系统参数，大大提高实验效率。因此．计算机仿真具有良好的可控制性(参数可根据需要调整)、无破坏性(不会因为设计上的不合理导致器件的损坏或事故的发生)、可复现性(排除多种随机因素的影响，如温度、湿度等)、易观察性(能够观察某些在实际实验当中无法或者难以观察的现象和难以实现的测量，捕捉稍纵即逝的物理现象，可以记录物理过程的每一个细节)和经济性(不需要贵重的仪器设备)等特点。 Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。它还包括了ToolBox(工具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。Matlab的长处在于数值计算，能处理大量的数据，而且效率比较高。MathWorths公司在此基础上开拓了符号计算、文字处理、可视化建模和实时控制能力，增强了Matlab的市场竞争力，使Matlab成为市场主流的数值计算软件。Matlab产品族支持概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现的理想的集成环境。其主要功能有：数据分析、数值和符号计算、工程与科学绘图、控制系统设计、数字图像信号处理、财务工程，建模、仿真、原型开发，应用开发，图形用户界面。 在光学仪器设计和优化过程中，计算机的数值仿真已经成为不可缺少的手段。通过仿真计算，可以大幅度节省实验所耗费的人力物力，特别是在一些重复实验工作强度较大且对实验器材、实验环境等要求较苛刻的情况下。如在大型激光仪器的建造过程中，结合基准实验的仿真计算结果可为大型激光器的设计和优化提供依据。仿真光学实验也可应用于基础光学教学。光学内容比较抽象，如不借助实验，很难理解，如光的干涉、菲涅耳衍射、夫琅禾费衍射等。传统的光学实验需要专门的实验仪器和实验环境。其操作比较烦琐，误差大现象也不明显，对改变参数多次观察现象也多有不便。MATLAB是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。利用它对光学实验仿真可避免传统实验中的缺点，强大的功能使光学实验变得简便准确。基于MATLAB的科学可视化功能对光学仿真实验现象进行计算机模拟的效果更加准确明显。 1.实验目的: 掌握基本的Matlab编程语言，了解其编程特点；模拟几种常用函数，了解其编程过程及图像显示命令函数，掌握Matlab画图方法；通过设计制作一系列光学研究物体掌握其编程方法；掌握光波的matlab编程原理及方法，初步了解Matlab
Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用_谢嘉宁
收稿日期:2004202213 基金项目:佛山科学技术学院校级科研课题经费资助 作者简介:谢嘉宁(1971-),女,广东潮州人,佛山科学技术学院物理系讲师,光学工程硕士,主要从事光学实验教学与 光信息处理的研究. Matlab 在光学信息处理仿真实验中的应用 谢嘉宁1,陈伟成1,赵建林2,陈国杰1,张潞英1 (1.佛山科学技术学院物理系,广东佛山528000;2.西北工业大学应用物理系,陕西西安710072) 摘 要:提出了一种利用计算机并通过Matlab 软件仿真光学信息处理实验的方法,其特点是可以随意改变物理参量,克服了光学实验上难以实现的操作.文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果. 关键词:Matlab ;计算机仿真;CAI 中图分类号:O4239 文献标识码:A 文章编号:100524642(2004)0620023203 1 引 言 光学信息处理是以光子传递信息,以光学或光电子器件进行操作运算,利用光的透射、干涉和衍射等光学现象来实现对输入信息的各种变换或处理.因此,它也是一门基于实验的科学.随着计算机的广泛使用,计算机仿真实验得到了大量研究,各类CAI 软件应运而生,给光学信息处理的研究和教学带来极大方便.但笔者在调研中发现,大部分的仿真程序由VB ,C 和Fortran 等高级语言编写[1～3].使用这些语言编程,需要编者具有良好的计算机编程能力并花费较多的时间.因此,本文探讨利用Matlab 软件实现对光学信息处理实验的计算机仿真方法. Matlab 作为科学计算软件,主要适用于矩阵 运算和信息处理领域的分析设计,它使用方便、输入简捷,运算高效、内容丰富,并且有大量的函数库可供使用[4].与Basic ,C 和Fortran 相比,用Matlab 编写程序,其问题的提出和解决只需以数 学方式表达和描述,不需要大量繁琐的编程过程,因此特别适合工程计算和教学软件的编写.本仿真实验系统实现了多种衍射屏的夫琅和费衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的仿真.2 仿真系统的总体设计 本系统采用Matlab5.3编写,在Pentium 以上个人计算机上、Matlab 环境下运行.为了方便 用户使用,本系统的实验项目模块设置如图1所示.主界面的程序为OIP000.m ,界面如图2所 示.四大系统子模块是该窗体的子窗体模块,分别为OIP1.m ,OIP2.m ,OIP3.m 和OIP4.m ,通过单击主界面上相应的按钮即可启动相应的子窗体,在每一级子窗体界面上有相关的参量选择和操作 . 图1 系统模块功能图 图2 仿真实验系统主界面 第24卷 第6期 2004年6月 物 理 实 验 PHYSICS EXPERIM EN TA TION Vol.24 No.6 J un.,2004
工程光学matlab仿真
工程光学仿真实验报告 1、杨氏双缝干涉实验 （1）杨氏干涉模型 杨氏双缝干涉实验装置如图1所示: S 发出的 光波射到光屏上的两个小孔S1 和S2 , S1 和S2 相 距很近,且到S 等距;从S1 和S2 分别发散出的光 波是由同一光波分出来的,所以是相干光波,它们在距离光屏为D 的屏幕上叠加,形成一定的干涉图 样。 图 杨氏双缝干涉 假设S 是单色点光源,考察屏幕上某一点P ,从S1 和S2 发出的光波在该点叠加 产生的光强度为: I = I1 + I2 + 2 I1 I2 cos δ （1-1） 式中, I1 和I2 分别是两光波在屏幕上的光强度, 若实验装置中S1 和S2 两个缝 大小相等, 则有 I1 = I2 =I0 （1-2） δ= 2π（r2 - r1）/λ（1-3） （1-3） 2221)2/(D y d x r +++= （1-4） 2222)2/(D y d x r ++-= （1-5） 可得 xd r r 22 122=- （1-6） 因此光程差：12r r -=? （1-7） 则可以得到条纹的强度变化规律- 强度分布公式： ]/)([cos 1220λπd r r I I -= （1-8） （2）仿真程序 clear; Lambda=650; %设定波长,以Lambda 表示波长 Lambda=Lambda*1e-9; d=input('输入两个缝的间距 )'); %设定两缝之间的距离,以d 表示两缝之间距离 d=d*; Z=; %设定从缝到屏幕之间的距离,用Z 表示
yMax=5*Lambda*Z/d;xs=yMax; %设定y方向和x方向的范围 Ny=101;ys=linspace(-yMax,yMax,Ny);%产生一个一维数组ys,Ny是此次采样总点数 %采样的范围从- ymax到ymax,采样的数组命名为ys %此数组装的是屏幕上的采样点的纵坐标 for i=1:Ny %对屏幕上的全部点进行循环计算,则要进行Ny次计算L1=sqrt((ys(i)-d/2).^2+Z^2); L2=sqrt((ys(i)+d/2).^2+Z^2); %屏上没一点到双缝的距离L1和L2 Phi=2*pi*(L2-L1)/Lambda; %计算相位差 B(i,:)=4*cos(Phi/2).^2; %建立一个二维数组,用来装该点的光强的值 end%结束循环 NCLevels=255; %确定使用的灰度等级为255级 Br=(B/*NCLevels; %定标:使最大光强(4. 0)对应于最大灰度级(白色) subplot(1,4,1),image(xs,ys,Br); %用subplot创建和控制多坐标轴 colormap(gray(NCLevels)); %用灰度级颜色图设置色图和明暗 subplot(1,4,2),plot(B(:),ys); %把当前窗口对象分成2块矩形区域 %在第2块区域创建新的坐标轴 %把这个坐标轴设定为当前坐标轴 %然后绘制以( b (: ) , ys)为坐标相连的线title('杨氏双缝干涉'); （3）仿真图样及分析 a)双缝间距2mm b)双缝间距4mm
RSoft 指导
Rsoft软件使用说明 洪建勋 本说明主要讲解Rsoft软件中Beamprop和Fullwave模块的使用，Beamprop是采用光束传播法来仿真的，Fullwave是采用时域有限差分法来仿真的。具体的算法理论这里不做详细的讲解，可以参考相关的书籍，特别是时域有限差分法，相关的书籍很多。Beamprop和Fullwave模块在同一个环境中运行，因此CAD画图方法基本是一样的。本说明不能成为一个完整的教材，因此这里只对软件做简单的说明，不能面面俱到，描述也尽量简洁，不够清晰之处请结合实际操作理解。本软件也不能对光电子器件的工作原理和设计方法进行讲解，这方面的知识需要参考其他的资料。 1.Rsoft软件安装及界面介绍 1.1 安装 安装完成之后将"bin" 和 'lincenses'文件夹拷贝到安装目录下，覆盖原来的文件夹。 1.2界面介绍 运行软件之后显示如下 包括菜单和快捷按钮，菜单和一般软件的布局功能相似，应该很好理解，说明如下。File：新建、打开、保存、打印、输出GDS2等格式文件。 Edit：复制、粘贴、剪切、旋转、转换成多边形、平坦化。 View：全局视图、放大、缩小。 Option：选项设置、全局设置。 Run：计算 快捷按钮介绍如下。包括基本操作按钮、画图按钮、数据查看与仿真按钮。
下图标注了一些常用的按钮的名称，其他的按钮或是相关的设置很少用到，一般选默认。 1.3坐标系 界面中显示的是X和Z坐标，Y坐标垂直于界面，由里指向外。二维时，y向无穷大， 不需要设置y坐标。
2 CAD画图 两个模块的画图方法是一样的，这里，以BEAmprop为例。 2.1 新建一个文件 点击新建出现下图，主要是选择仿真模块，设置全局参数。 这里需要对全局设置进行说明，每次画一个部件，它的各个参数默认取全部设置中的值。背景折射率是指没有波导的空间的折射率。折射率之差决定了波导的折射率，比如背景折射
MATLAB应用下的光学设计讲解
课程设计说明书题目：MATLAB应用下的光学设计所属课程：应用光学 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
中文摘要：本论文是在现有光学理论分析的基础上，利用MATLAB编程语言进行常见的光学仿真实验，旨在以一种更加直观的形式对现有理论和现象进行对比分析与研究。具体内容如下： （1）利用MATLAB绘制一个球面； （2）根据应用光学近轴光路计算公式，编写一个从轴上点光源发出的11条特征光线(u=±1.0, ±0.85, ±0.707, ±0.5, ±0.3,0)的近轴成像光线追迹；（3）利用过渡公式，设计一个透镜（由两个单球面组成），并画出其光线追迹图； （4）在2-3的基础上，编写实际光线的追迹，分析轴上物点的球差； （5）利用MATLAB的GUI(图形用户界面），设计一个可实时改变光路参数的GUI界面； （6）画出理想焦点附近的星点图，理解球差的存在； （7）用uitable函数以列表的形式给出参数和结果说明。 关键词：MATLAB；光线追迹；球差；GUI界面；unitable函数 Abstract：This thesis is based on the analysis of the existing theory of optical, using MATLAB programming language to simulate several kinds of familiar optical experiments. The purpose of it is to make comparative study and analysis of existing theory and phenomenon by a more intuitive form. Specific content as follows: (1) Using MATLAB to draw a spherical surface; (2) According to paraxial optical path calculation formula, write a program to draw 11 special paraxial light ray tracing from epaxial point light(u=±1.0, ±0.85, ±0.707, ±0.5, ±0.3,0 ). (3) Depend on transition formula, design a optical lens(include two single spherical surface) and drawing light ray tracing; (4) Based on 2 and 3, write a program about actual light ray tracing, and analyzing epaxial point’s spherical aberration; (5) According to MATLAB, design a GUI (Graphical User Interface) can change the parameters of optical path; (6) Understand the exist of spherical aberration by drawing comet around ideal focus; (7) Give the results and parameters in a list by uitable function. Key words：MATLAB; light ray tracing;spherical aberration; GUI; unitable function
基于Matlab的夫琅禾费衍射光学仿真
基于Matlab的夫琅禾费衍射光学仿真 摘要计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。 关键词：计算机仿真夫琅禾费衍射Matlab Fraunhofer Diffraction Optical Simulation Based on Matlab Abstract The computer simulation technology is based on a variety of disciplines and theoretical, with the computer and the corresponding software tools, we can analyze the virtual experimentation and solve the problem of a comprehensive technology. Computer simulation of early known as the Monte Carlo method, is a random problem solved using the method of random number test. Key words:Computer simulation Fraunhofer diffraction Matlab 一、引言
计算机仿真技术是以多种学科和理论为基础，以计算机及其相应的软件为工具，通过虚拟试验的方法来分析和解决问题的一门综合性技术。计算机仿真早期称为蒙特卡罗方法，是一门利用随机数实验求解随机问题的方法。根据仿真过程中所采用计算机类型的不同，计算机仿真大致经历了模拟机仿真、模拟－数字混合机仿真和数字机仿真三个大的阶段。20世纪50年代计算机仿真主要采用模拟机；60年代后串行处理数字机逐渐应用到仿真之中。到了70年代模拟－数字混合机曾一度应用于飞行仿真、卫星仿真和核反应堆仿真等众多高技术研究领域；80年代后由于并行处理技术的发展，数字机才最终成为计算机仿真的主流。现在，计算机仿真技术已经在机械制造、航空航天、交通运输、船舶工程、经济管理、工程建设、军事模拟以及医疗卫生等领域得到了广泛的应用。 计算机仿真的三个基本活动： 1. 数学模型建立：实际上是一个模型辩识的过程。所建模型常常是忽略了一些次要因素的简化模型。 2. 仿真模型建立：即是设计一种算法，以使系统模型能被计算机接受并能在计算机上运行。显然，由于在算法设计上存在着误差，所以仿真模型对于实际系统将是一个二次简化模型。 3. 仿真实验：即是对模型的运算。需要设计一个合理的、服务于系统研究的仿真软件。 二、本文的主要工作 本文主要使用matlab语言进行光学实验仿真，通过Matlab软
Matlab光学仿真设计
用Matlab光学仿真设计关于光学中等倾干涉的现象 光电11401刘兴伟17号 光线以倾角i入射，上下两条反射光线经过透镜作用汇聚一起，形成干涉。由于入射角相同的光经薄膜两表面反射形成的反射光在相遇点有相同的光程差，也就是说，凡入射角相同的就形成同一条纹，故这些倾斜度不同的光束经薄膜反射所形成的干涉花样是一些明暗相间的同心圆环．这种干涉称为等倾干涉。 基本理论：薄膜干涉中两相干光的光程差公式（表示为入射角的函数形式）为式中n 为薄膜的折射率；n0为空气的折射率；h为入射点的薄膜厚度；i0为薄膜的入射角；+λ/2为由于两束相干光在性质不同的两个界面（一个是光疏-光密界面，另一是光密-光疏界面）上反射而引起的附加光程差；λ为真空中波长。薄膜干涉原理广泛应用于光学表面的检验、微小的角度或线度的精密测量、减反射膜和干涉滤光片的制备等。 当光程差为波长整数倍时，形成亮条纹，为半波长奇数倍时是暗条纹。等倾条纹是内 疏外密的同心圆环。如图所示：
设计程序如下：为了方便计算，这里假设光波为垂直入射到薄膜上，并且设光源波长为450nm。薄膜的厚度魏0.35nm，透镜焦距为0.25m。通过matlab编程计算获得等倾干涉二维和三维光强分别如图所示。 二维图像三维图像 设计程序如下： F=0.25; Lambda=450*10e-9; d=3.5*10e-4; Theta=0.15; rMax=f*tan(theta/2); N=451; For i=1:N x(i)=(i-1)*rMax/(N-1）-rMax； For j=1：N y(i)=(i-1)*rMax/(N-1）-rMax；