去完成对知识的巩固与拓宽。这是一种探
f龙源期刊网httpwwwqika
comc
索过程，也是为学生以后的研究工作奠定基础。三是利用MATLAB的计算、绘图与优化功能，启发学生对数学模型中的参数进行改变，根据实际物理条件选择符合要求的最优值，并获得最优条件下的参数值，最终通过理论仿真来指导实践。完成实践（参数获取）理论（物理模型建立）仿真（MATLAB数值计算及绘图）优化（MATLAB参数改变及优化）实践（最优参数选取）的过程，让学生真切感受科学技术是第一生产力。
三、光学仿真问题的分类及求解
基于以上指导思想，对光波导和激光教学过程中的光学仿真问题根据其物理模型和数值仿真求解进行了分类，主要有以下几个方面的内容：
1对于最基本的光的电磁理论基础，从麦克斯韦方程组出发，根据麦克斯韦电磁理论，利用电矢量和磁矢量来分析光波在两介质表面的反射特性，并结合MATLAB仿真计算光波从光疏介质进入光密介质，以及光波从光密介质进入光疏介质时的反射率、透射率、相位等随入射角度的变化关系，得到布鲁斯特角、全反射、倏逝波等基本概念及特性。
2采用的是本征模方法，利用有限空间的波动光学理论分析光在介质光波导（理想平板介质光波导）中传播特性。由于受到介质边界条件的限制，根据不同的边界条件，对麦克斯韦方程或相应的波动方程求解后，可以得到其特征方程。在推导出理想平板介质光波导最基本的TE模和TM模的特征方程后，利用MATLAB的方程求根函数fzero或fsolve即可对特征方程进行数值求解，从而得到其中TE模（或TM模）的传输特性。
3对于光纤波导结构，则从光波在光纤（圆柱光波导）中传输的圆柱坐标系下亥姆霍兹方程出发，得到阶跃折射率光纤中光波传输的Bessel方程，结合光波在光纤中传输的边界条件，推导出弱导近似下的特征方程，并利用MATLAB中的Bessel函数以及数值求根函数fzero，对弱导近似下的特征方程进行数值求解，获得光纤的归一化工作频率、归一化横向相位参数、归一化横向衰减参数等数据；再通过MATLAB的三维作图功能，将不同参数光纤中的电场分布特性展示出来。
4从激光的基本原理出发，介绍了辐射与物质的相互作用，关于自发辐射、受激辐射和受激吸收的爱因斯坦关系式，吸收与光学增益，激光器的基本构成，激光速率方程和激光调Q技术等内容。以一种典型的被动调Q的微晶片激光器为例，给出了其被动调Q的速率方程组，该速率方程组可以简化为一个具有3个自变量的常微分方程组。利用MATLAB的常微分方程初值问题r