1 内容介绍
模拟几何光学中的球差、彗差、像散、场曲四种像差。
其主要功能为：(1) 绘制球差的光路图与分析图；
(2) 绘制彗差的光路图与分析图；
(3) 绘制像散的光路图；
(4) 绘制场曲的光路图；
(5) 绘制像散的光路图；
2 仿真代码
%{
球差的光路图的绘制
功能：绘制球差的光路图
物理量：
n1,n2：介质折射率；
r/mm:球面镜半径；
L/mm:物方截距；
L2/mm:像方截距；
L_cut/mm:截止像面与透镜中心之间的距离；
h/mm:入射高度；
h_new/mm:截至像面上出射光线的高度；
U1:物方孔径角；
U2:像方孔径角；
I1:入射角；
I2:折射角；
%}
%% 绘制前处理
%%%%%%%%%%%%%
clc; %清空历史窗口中的内容
clear; %清除变量
close all; %关闭所有图形窗口
%% 数据输入
%%%%%%%%%%%
n1=1; n2=1.33; %设置介质的折射率
r=-200; %球面镜半径
L=-300; %物方截距
h=-70:1:70; %入射高度及步长
L_cut=300; %确定截止像面
%% 光线追迹
%%%%%%%%%%%
%大L公式追迹光线
U1=atan(h/L); %物方孔径角
I1=asin((L-r)*sin(U1)/r); %入射角
I2=asin(n1*sin(I1)/n2); %折射角
U2=U1+I1-I2; %像方孔径角
L2=r*(1+sin(I2)./sin(U2)); %像方截距
h_new=tan(U2)*L_cut+h; %确定截止像面上光线高度
%% 光路图绘制
%%%%%%%%%%%%%
[~,num]=size(h); %计算矩阵h大小
figure; %创建窗口
c=jet(num);
set(gcf,'color',[0.9,0.9,0.9]); %窗口背景颜色更改
set(gcf,'position',[250 200 1100 500]); %窗口大小调整
subplot('position',[0.001 0.18 0.7 0.7]); %创建子图1
%入射光线及出射光线的绘制
for i=1:20:num
colorData=[c(i,1),c(i,2),c(i,3)]; %颜色矩阵
line([L,0],[0,h(i)],'color',colorData); %入射光线
line([0,L_cut],[h(i),h_new(i)],'color',colorData); %出射光线
end
hold on;
%光轴等直线绘制
line([L-50,330],[0,0],'linestyle','--','color','k','linewidth',1); %光轴
quiver(0,0,0,130,'MaxHeadSize',0.5,'LineWidth',1.5,'color','k'); %透镜1
quiver(0,0,0,-130,'MaxHeadSize',0.5,'LineWidth',1.5,'color','k'); %透镜2
title('\itSpherical Aberration Path Diagram','FontSize',13); %标题
axis off; %隐轴
%% 像差放大图绘制
%%%%%%%%%%%%%%%%%
subplot('position',[0.72 0.35 0.18,0.4]) %创建子图2
set(gca,'color',[0.95,0.95,0.95]); %子图背景颜色更改
for i=1:20:num %出射光线绘制
colorData=[c(i,1),c(i,2),c(i,3)]; %颜色矩阵
line([L,0],[0,h(i)],'color',colorData); %入射光线
line([0,300],[h(i),h_new(i)],'color',colorData); %出射光线
end
xlim([263,268]); %x坐标范围(实现放大功能）
ylim([-3,3]); %y坐标范围(实现放大功能）
text(264,2,'\itenlarged view','FontSize',13); %标注放大图
grid on; %打开网格
3 运行结果
4 参考文献
[1]秦华, 冯东太, QIN,等. Matlab在几何光学仿真实验中的应用[J]. 物理实验, 2017, 37(11):5.
[2]王永瑛, 张光明, 李小丽,等. 用MATLAB编程模拟光学实验[J]. 城市建设, 2009.