matlab在几何光学仿真 实验中的应用

Matlab在几何光学仿真实验中的应用

秦华 冯东太

山东理工大学理学院

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摘????要：

在工程光学教学中, 为了使学生更好地理解球面光学成像系统与理想光学成像系统的区别, 提出了用Matlab程序模拟球面光学系统成像过程的仿真实验, 并编制了模拟程序.把系统结构参量r, d, n和物距L等代入到模拟程序中, 就可以仿真成像系统的成像过程.仿真实验结果显示:理想光学成像系统的成像性质在球面光学成像系统中不存在, 但可以通过设计优化使球面系统近似达到或者无限接近理想成像系统, 理想成像系统的意义在于它的标准性.

关键词：

几何光学; 理想光学成像系统; 球面光学成像系统; 计算机仿真;

作者简介：秦华 (1964-) , 男, 山东临沂人, 山东理工大学理学院副教授, 博士, 主要从事光学设计、全固态激光器及透明导电薄膜方面的研究工作.

作者简介：冯东太 (1961-) , 男, 山东淄博人, 山东理工大学理学院教授, 博士, 主要从事量子光学与量子信息方向的工作.

收稿日期：2017-01-23

基金：山东省自然科学基金资助 (No.ZR2012FM001)

Application of Matlab in simulated geometrical optics experiments

QIN Hua FENG Dong-tai

School of Sciences, Shandong University of Technology;

Abstract：

When teaching of engineering optics, in order to enable students to better understand the difference between a spherical optical imaging system and an ideal optical imaging system, a simulation experiment using Matlab was presented.Structural parameters r, d, nand L (object distance) of an optical system were substituted into emulation programs, the imaging process of a spherical optical system could be emulated.The simulation results showed that the imaging properties of ideal optical imaging system did not exist in spherical optical imaging systems, however, spherical systems could approximately approach or infinitely close to the ideal imaging system by optimizing the design of the structure.The worth of an ideal imaging system lied in its standards.

Keyword：

geometrical optics; ideal imaging system; spherical optical imaging system; computer simulation;

Received： 2017-01-23

研究光学系统的成像问题是几何光学的主要内容, 目前所使用的成像系统一般是球面镜成像系统, 也有的在球面系统中加入1~2个非球面[1-2], 还有一些加入部分二元光学元件[3], 这些都还是以球面成像系统为基础.

在工程光学教学中, 德国科学家高斯在1841年提出了理想光学系统的概念.实际中除平面反射镜外不存在真正的理想光学系统, 但平面反射镜的垂轴放大率是1且成虚像, 不适用于成像记录.理想光学系统中把光离散成光线, 变成了纯粹的几何理论.在工程光学教材中[4], 理想光学系统有下列3条重要性质:

1) 光学系统物方1个点 (物点) 对应像方1个点 (像点) , 即从物点发出的所有入射光线经光学系统后, 出射光线均交于像点.

2) 物方每条直线对应像方的1条直线, 称共轭线;物方每个平面对应像方的1个平面, 称为共轭面;任何垂直于主光轴的平面, 其共轭面