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胡章芳，王小发，席兵，罗元 著

图书标签:

• MATLAB
• 仿真
• 光学
• 教育
• 课程
• 应用
• 数值计算
• 科学计算
• 工程
• 高等教育

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512426030

版次：1

商品编码：12352462

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-04-01

用纸：胶版纸

编辑推荐

MATLAB仿真及其在光学课程中的应用(第2版)

重庆邮电大学胡章芳教授的MATLAB与光学课程结合的学习参考书，实例多，代码全，辅以课件和习题答案，可供教师教学参考、学生自学相关课程用。

内容简介

MATLAB仿真及其在光学课程中的应用(第2版)

本书结合光学类课程的特点,主要介绍MATLAB在“光学原理”“信息光学”“光电图像处理”等课程中的应用。本书在结构上包括三个部分,共6章。第一部分为语言篇,包括第1章和第2章,是MATLAB基础部分,主要介绍MATLAB语言的基本语法、计算功能、编程基本方法和绘图功能。第二部分为应用篇,包括第3~5章,讲述MATLAB在光学类课程中的应用。其中,第3章介绍了MATLAB在光学原理课程中的应用;第4章介绍了MATLAB在信息光学课程中的应用;第5章介绍了MATLAB在“光电图像处理”课程中的应用。第三部分为课程设计综合实例,包括第6章,演示了光学实践教学中MATLAB系统仿真的应用。

本书特点:由浅入深,结构层次清楚;紧扣专业,仿真实例丰富,针对性强;语言精练,通俗易懂。

本书可作为高等院校光学、光学工程、光电信息科学与工程、电子科学技术等相关专业本科生和研究生学习专业知识的辅助教材、参考书和仿真实验指导书,也可供相关专业的教师和科技工作者参考。对参加相关课程设计和毕业设计的读者来说,书中所给实例有一定的参考价值。

作者简介

胡章芳，女，重庆邮电大学教授，硕士生导师，1994年毕业于电子科技大学，先后讲授过“MATLAB及其工程应用”“通信系统仿真”“计算机辅助光电系统设计”等课程；从事光电信息处理方面的教学与科学研究，主持与参加省部级以上科研与教改项目10余项，发表科研与教改论文30余篇。

内页插图

前言/序言

《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用》作为光学、光学工程、光电信息科学与工程、电子科学技术等相关专业本科生和研究生学习专业知识的辅助教材、参考书和仿真实验指导书,自2015年由北京航空航天大学出版社出版以来,受到很多高校师生的欢迎。去年底出版社告知已无库存,希望再版,以适应读者的需求。

本次修订基本保留了第一版的体系和风格,采用MATLAB R2017a版软件,适当增加一些作者近年来的最新设计实例,对第一版的错漏地方做了勘误和更正。

本书由胡章芳、王小发、席兵、罗元共同编写完成。本书再版时,程彩、肖航、漆保凌、曾林全、付亚琴、张杰、徐轩、刘鹏飞、程亮等做了部分的资料查阅、插图制作、文字校对和编排工作,在此对他们的辛勤付出表示感谢!

由于作者水平有限,书中缺点、错误仍在所难免,恳请新老读者批评指正。

编 者

2018年1月

《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用》（第二版） 内容概述 本书旨在为学习光学课程的学生和研究人员提供一套全面、实用的MATLAB仿真工具。通过结合理论讲解与实际案例，本书将引导读者深入理解光学现象的本质，并掌握利用MATLAB进行数值模拟和可视化分析的方法。第二版在原有基础上进行了内容更新和拓展，更加贴合当前光学研究的前沿进展和教学需求。 第一部分：MATLAB基础与光学仿真入门 本部分将为读者打下坚实的MATLAB编程基础，并介绍光学仿真的一些基本概念和方法。 第一章 MATLAB基础： MATLAB环境介绍： 熟悉MATLAB的命令行窗口、编辑器、工作区、当前文件夹等基本界面元素，了解其在科学计算中的地位和优势。 基本语法与数据类型： 掌握变量的定义与赋值，掌握数值（整型、浮点型）、字符型、逻辑型等基本数据类型的使用。 运算符与表达式： 学习算术运算符、关系运算符、逻辑运算符以及它们的组合使用，理解表达式的求值过程。 控制流程语句： 掌握`if-else-end`、`switch-case-end`等条件判断语句，学习`for`、`while`等循环语句的嵌套与应用，理解程序执行的逻辑。 函数编程： 学习如何定义和调用自定义函数，掌握函数参数的传递机制，理解函数的作用域，提升代码的模块化和复用性。 绘图基础： 介绍MATLAB强大的绘图功能，学习`plot`、`scatter`、`bar`等基本二维绘图函数，掌握坐标轴标签、标题、图例的设置，为后续的光学图像可视化奠定基础。 矩阵与向量运算： 深入理解MATLAB作为矩阵运算软件的特性，学习向量和矩阵的创建、加减乘除、转置、逆等运算，以及元素级运算和矩阵运算的区别。 数值计算工具箱简介： 简单介绍MATLAB丰富的工具箱，例如用于数值积分、微分、方程求解等的函数，为后续光学问题提供数值计算方法。 第二章 光学仿真基本概念： 物理模型的数学描述： 探讨如何将光学现象转化为数学方程，例如波动方程、几何光学方程等。 数值模拟的原理： 介绍离散化、差分、有限元等数值求解方法的基本思想，理解数值解与解析解的区别。 光学仿真软件概览： 简要介绍除了MATLAB之外的一些专业光学仿真软件（如Zemax, Lumerical, COMSOL等），并强调MATLAB在教学和灵活研究中的独特优势。 仿真流程设计： 讲解一个完整的仿真项目通常包含的步骤：问题定义、模型建立、参数设置、仿真运行、结果分析与可视化。 误差分析与精度控制： 讨论数值模拟中可能出现的误差来源（截断误差、舍入误差），以及如何通过调整参数来控制仿真精度。 第二部分：几何光学仿真与应用 本部分将专注于使用MATLAB模拟几何光学的基本原理和现象，包括光线的传播、成像、衍射等。 第三章 几何光学基础与光线追迹： 斯涅尔定律与全反射： 利用MATLAB模拟不同介质界面上的光线折射和反射过程，可视化不同入射角下的出射情况，验证斯涅尔定律。 反射镜与透镜的光线追迹： 编写MATLAB程序实现平面镜、球面镜、柱面镜以及薄透镜的光线追迹算法。 成像原理仿真： 模拟物体在透镜或镜面系统成像的过程，绘制光线追迹图，计算像的位置和大小。 非球面镜与棱镜系统： 拓展到更复杂的元件，如非球面镜和多棱镜系统，演示如何进行复杂光路的设计与分析。 像差分析入门： 介绍球差、彗差、像散等基本几何像差的概念，并尝试用仿真来展示这些像差对成像质量的影响。 第四章 几何光学成像系统仿真： 显微镜与望远镜系统： 构建简化的显微镜和望远镜模型，通过光线追迹分析其放大率、视场等关键参数。 相机镜头模拟： 简化相机镜头模型，研究不同焦距、光圈对成像的影响。 自由曲面光学元件设计初步： 介绍如何利用MATLAB对自由曲面进行参数化描述，并进行初步的光线追迹分析。 系统设计与优化： 结合实际应用场景，引导读者思考如何利用MATLAB仿真来优化光学系统的设计参数，以满足特定的性能指标。 第五章 衍射现象的几何光学近似： 惠更斯原理与菲涅尔衍射： 介绍惠更斯原理，并尝试用几何光学的方法来近似描述衍射现象，例如光波遇到障碍物边缘的近似传播。 夫琅禾费衍射仿真： 模拟单缝、双缝、圆孔等夫琅禾费衍射图样，通过改变缝宽、缝间距、波长等参数，观察衍射条纹的变化。 衍射图案的数学建模： 将衍射现象对应的数学公式（如三角函数、傅里叶变换等）转化为MATLAB代码进行计算和可视化。 衍射极限的理解： 通过仿真展示衍射对成像分辨率的限制作用。 第三部分：波动光学仿真与应用 本部分将深入探讨波动光学中的干涉、衍射、偏振等现象，并利用MATLAB进行数值模拟。 第六章 波动光学基础与干涉仿真： 光的干涉原理： 回顾杨氏双缝干涉、迈克耳孙干涉仪等经典干涉实验的原理。 相干性与相差： 讨论相干性和相差在干涉中的作用，并尝试在仿真中模拟不同相干性光源对干涉条纹的影响。 双缝干涉仿真： 精确模拟双缝干涉的强度分布，计算条纹间距，分析波长、缝宽、缝间距等因素对干涉条纹的影响。 多缝干涉与光栅衍射： 模拟多缝干涉和光栅衍射，分析其衍射峰的特点。 薄膜干涉仿真： 模拟肥皂泡、油膜等薄膜干涉现象，观察不同厚度和入射角的干涉效果。 第七章 衍射理论的波动光学解释： 菲涅尔衍射的积分方法： 介绍菲涅尔衍射积分的数学形式，并讨论其在MATLAB中的数值计算方法，例如使用FFT（快速傅里叶变换）进行计算。 惠更斯-菲涅尔原理的仿真实现： 利用惠更斯-菲涅尔原理，模拟光波通过任意形状的孔径或障碍物后的传播。 衍射的数值模拟： 仿真各种衍射现象，如单缝、双缝、圆孔、矩形孔的夫琅禾费衍射，以及更复杂的衍射现象。 衍射光学元件（DOE）仿真入门： 介绍衍射光学元件的基本概念，并尝试用MATLAB模拟其衍射效果，为DOE的设计与分析提供基础。 第八章 偏振光学仿真： 光的偏振状态： 介绍线偏振、圆偏振、椭圆偏振等不同偏振状态。 琼斯矩阵与斯托克斯向量： 讲解琼斯矩阵描述线偏振光的变换，以及斯托克斯向量描述任意偏振光的数学工具。 偏振元件的仿真： 模拟偏振片、波片（半波片、四分之一波片）等偏振元件对不同偏振光的调制作用。 反射与折射中的偏振： 模拟光的反射和折射过程中偏振状态的变化，如菲涅尔方程在偏振分析中的应用。 偏振成像初步： 探讨如何利用偏振信息进行成像，例如在可见光或红外成像中的应用。 第四部分：现代光学仿真技术与案例 本部分将介绍一些更高级的光学仿真技术，并结合实际应用案例，展示MATLAB在解决复杂光学问题中的能力。 第九章 傅里叶光学与图像处理： 傅里叶变换在光学中的应用： 深入讲解傅里叶变换在描述衍射、成像、信息传输等方面的作用。 光学系统的频率域分析： 利用MATLAB对光学系统的传递函数（OTF）进行计算和分析。 光学图像的傅里叶变换： 对光学图像进行傅里叶变换，分析图像的空间频率成分。 图像增强与滤波： 利用傅里叶变换进行图像的低通、高通滤波，实现图像去噪和锐化。 全息术基础仿真： 介绍全息术的原理，并尝试用MATLAB模拟全息图的生成和再现过程。 第十章 光传输模拟与光纤光学： 光在介质中的传播： 模拟光波在不同折射率分布介质中的传播，例如利用角谱传播方法。 光纤传输仿真： 模拟单模光纤和多模光纤中的光信号传输，研究模式色散、材料色散等对信号的影响。 光纤耦合仿真： 模拟光源与光纤的耦合效率，分析不同耦合方式的优缺点。 非线性光学初步： 简要介绍非线性光学现象，如自聚焦、二次谐波产生等，并讨论其在MATLAB中的初步建模思路。 第十一章 激光与非线性光学仿真： 激光器模型仿真： 建立简化的激光器模型，模拟激光腔内的模式分布和增益过程。 激光束传播分析： 模拟高斯光束、厄米-高斯光束等的传播，研究光束质量和光斑大小的变化。 非线性光学效应的数值模拟： 尝试用MATLAB模拟非线性晶体中的二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）等过程。 光参量振荡器（OPO）仿真入门： 简要介绍OPO的工作原理，并提供其MATLAB仿真建模的思路。 第十二章 光学传感器与成像系统仿真： CCD/CMOS传感器的模型： 建立简化的CCD或CMOS成像传感器模型，模拟光信号到电信号的转换过程。 光学显微成像仿真： 模拟不同类型显微镜（如明场、暗场、相衬、荧光显微镜）的成像过程。 光学相干层析成像（OCT）仿真： 介绍OCT的基本原理，并尝试用MATLAB模拟其干涉信号的获取和图像重建。 计算成像技术初步： 探讨如何结合计算和光学成像，实现一些特殊成像功能，如超分辨率成像。 附录 A 常用MATLAB函数汇总 B 光学仿真常见问题解答 C 参考文献 本书特点 理论与实践并重： 每一章都从基础理论出发，深入浅出地讲解光学原理，并提供详细的MATLAB仿真代码示例，让读者在实践中巩固理论知识。 循序渐进的学习路径： 从MATLAB基础到几何光学，再到波动光学，最后扩展到现代光学仿真技术，学习路径设计合理，易于读者逐步掌握。 丰富的仿真案例： 涵盖了光学课程中的核心实验和典型光学现象，力求通过仿真让读者对抽象的光学概念有直观的认识。 代码注释详尽： 提供的MATLAB代码都有详细的注释，方便读者理解每一行代码的含义和作用。 第二版内容更新： 增加了关于计算成像、非线性光学仿真等前沿内容的介绍，使本书更具时效性和实用性。 面向广泛读者： 适合大学本科生、研究生以及从事光学研究的科研人员。 本书的出版，旨在为光学教育和研究提供一个强大而灵活的仿真平台，帮助读者在掌握光学理论的同时，也具备独立进行光学仿真分析的能力，从而更好地探索光学世界的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

评价二： 作为一名已经涉足光学领域一段时间的研究生，我一直在寻找一本能够将理论与实践紧密结合的参考书。这本书无疑满足了我的需求。《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用（第2版）》在保留光学核心理论的基础上，深入挖掘了MATLAB在光学仿真中的潜力。我尤其关注书中关于某些高级光学现象的仿真案例，例如非线性光学效应和光纤通信系统的建模，这些都是我目前研究中遇到的难题。作者并没有止步于基础的物理原理，而是巧妙地将数学模型转化为可执行的MATLAB代码，并通过一系列仿真实验，展示了如何分析复杂的光学系统。书中的图示清晰直观，仿真曲线的绘制和解读也十分专业，这为我后续的研究提供了宝贵的范例。我惊喜地发现，书中还探讨了一些前沿的光学技术，这让我能够紧跟学术发展的步伐。总的来说，这本书的深度和广度都令我印象深刻，它不仅仅是一本教材，更像是一位经验丰富的导师，指引我在光学研究的迷宫中前行。

评分☆☆☆☆☆

评价五： 作为一名对光学领域充满好奇心的爱好者，我一直渴望能够通过一些更直观的方式来学习和探索。这本书《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用（第2版）》就像是一扇通往光学世界的大门，为我打开了全新的视角。我一直对光的波动性感到着迷，而书中关于衍射和干涉的仿真部分，让我得以亲眼“看见”这些微观世界的奇妙景象，并且能够通过调整参数来观察它们的变化。作者的讲解方式非常接地气，即使是对MATLAB初学者来说，也不会感到过于畏难。代码的编写风格清晰明了，注释也非常到位，让我能够一步步跟着操作，从中获得成就感。我特别喜欢书中关于如何利用仿真来理解光学现象背后的物理原理的部分，这不仅仅是停留在“知道怎么做”的层面，更是引导我们去“理解为什么”。这本书的价值在于它能够激发学习者的兴趣，培养探索精神，并且能够将抽象的理论转化为具体的实践体验，这对于任何一个想要深入了解光学的人来说，都具有不可估量的意义。

评分☆☆☆☆☆

评价四： 我是一名大学的教师，一直在寻找一本能够有效辅助教学的MATLAB仿真类书籍，来帮助我的学生更好地理解和掌握光学课程的知识。这本书《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用（第2版）》正是我的不二之选。它在保持光学理论完整性的前提下，将MATLAB仿真作为一种强大的教学工具来呈现。书中每个章节的仿真案例都设计得非常巧妙，能够直观地展示抽象的光学概念，例如透镜的成像特性、光栅的衍射条纹形成、光的偏振状态等。我看到作者在讲解代码时，思路清晰，易于理解，并且提供了大量的注释，这对于指导学生进行自主学习非常有帮助。此外，书中对仿真结果的讨论和分析，也为我提供了丰富的教学素材和讨论话题，能够引导学生进行更深层次的思考。这本书的出现，极大地丰富了我的教学手段，我相信它能帮助我的学生更扎实地掌握光学知识，并且对MATLAB仿真技术产生浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

评价三： 说实话，拿到《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用（第2版）》这本书时，我并没有抱太大的期望，毕竟市面上关于MATLAB仿真的书籍很多，质量参差不齐。然而，这本书的出色之处在于其对光学基础知识的掌握和对MATLAB仿真技术的灵活运用达到了一个很高的水准。作者在讲解光学原理时，语言通俗易懂，没有过多堆砌晦涩难懂的术语，这对于我这种非物理专业背景的读者来说非常友好。更重要的是，书中大量的仿真实例，让我能够摆脱纯理论的束缚，亲身体验光学现象的生成过程。从几何光学中的成像原理，到波动光学中的衍射和干涉，再到更复杂的偏振和散射，作者都提供了详实的代码和详细的操作步骤。我尤其喜欢书中关于如何优化仿真参数，以及如何通过仿真来验证理论模型的章节，这不仅提升了我的动手能力，也锻炼了我的科学思维。这是一本真正能够帮助读者将理论知识转化为实际操作技能的书籍。

评分☆☆☆☆☆

评价一： 初次翻阅这本《MATLAB仿真及其在光学课程中的应用（第2版）》，我便被其严谨的学术态度和清晰的逻辑结构所折服。书中的每一个章节都像是一次精心设计的实验，从理论推导到仿真实践，环环相扣，层层递进。对于我这个光学领域的初学者来说，理解那些抽象的光学概念着实需要花费一番心力。然而，这本书通过MATLAB强大的仿真能力，将这些概念具象化，使得我能够直观地观察光的传播、衍射、干涉等现象，并且能够亲手操控仿真参数，探索不同条件对光学系统的影响。这不仅仅是理论知识的简单传递，更是一种思维方式的引导。我特别欣赏作者在介绍仿真步骤时，提供了详尽的代码片段和详细的解释，即使我对MATLAB不太熟悉，也能照葫芦画瓢地完成操作。而且，书中对仿真结果的分析也相当到位，不仅给出了如何解读数据的建议，还引导我们思考仿真结果的物理意义，这对于巩固和深化理解至关重要。我期待着能够通过这本书，在光学研究的道路上走得更远。

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书的质量不错，而且送货也很快，内容作为参考适用

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