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+L7T 前言 JaGtsi9%. ~$?ZK]YOrx 在物理光學(xué)中,認(rèn)為光是一種電磁波。在光的電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)上,研究光在介質(zhì)中的傳播規(guī)律,如光的干涉、光的衍射、光的偏振等物理現(xiàn)象,進(jìn)而研究這些規(guī)律和現(xiàn)象的應(yīng)用。它是一門(mén)經(jīng)典理論與近代技術(shù)相結(jié)合的應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。由于學(xué)習(xí)物理光學(xué)需要具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論功底,并且對(duì)于物理光學(xué)中的概念和相關(guān)物理現(xiàn)象很難把握,因此使用物理光學(xué)仿真平臺(tái)搭建物理實(shí)驗(yàn)?zāi)P,可以幫助學(xué)生更好的理解相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 XOS[No~ =C.$
UX 現(xiàn)代光學(xué)建模技術(shù)包含了幾何光學(xué)和物理光學(xué)兩大領(lǐng)域,幾何光學(xué)以費(fèi)馬原理為基礎(chǔ),通過(guò)折反定律來(lái)進(jìn)行光線追跡,能夠快速實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)地仿真,但忽略了衍射和矢量等波動(dòng)光學(xué)效應(yīng);物理光學(xué)通常以求解麥克斯韋方程組為主,如使用FDTD或者FEM等通用的全局麥克斯韋仿真求解器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行求解,從而獲得完整的電磁場(chǎng)信息,但由于計(jì)算量大而無(wú)法對(duì)整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 o`*,|Nsq C~iL3Cb 為了滿足現(xiàn)代光學(xué)系統(tǒng)的建模需求,德國(guó)耶拿大學(xué)Prof. Wyrowski Frank開(kāi)發(fā)了高速物理光學(xué)仿真軟件——VirtualLab Fusion,它利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)將物理光學(xué)中眾多具有復(fù)雜、抽象概念的實(shí)驗(yàn),通過(guò)簡(jiǎn)單的流程圖操作形式進(jìn)行建模,將物理實(shí)驗(yàn)中不易得到的結(jié)果通過(guò)仿真展現(xiàn)出來(lái),使得用戶可以脫離復(fù)雜、煩瑣的實(shí)驗(yàn)搭建過(guò)程,從而更加直觀、方便的感受物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的各種光學(xué)現(xiàn)象,幫助用戶準(zhǔn)確理解物理光學(xué)的核心內(nèi)容。 CzEd8jeh7 lU8`F(Mn VirtualLab Fusion軟件當(dāng)中集成了從幾何光學(xué)到物理光學(xué)的各種建模技術(shù),如幾何光學(xué)算子、平面波角譜法、瑞利索墨菲算子、薄元近似和傅里葉模態(tài)法等,既能夠使用場(chǎng)追跡或經(jīng)典場(chǎng)追跡,從物理光學(xué)角度進(jìn)行快速地仿真;也可以使用傳統(tǒng)的光線追跡,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。在VirtualLab中,我們根據(jù)場(chǎng)追跡的概念將系統(tǒng)分解成不同的區(qū)域,并選擇合適的麥克斯韋仿真求解器(建模技術(shù))進(jìn)行求解,之后通過(guò)序列或非序列方式將各個(gè)區(qū)域連接起來(lái),從而達(dá)到對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中求解麥克斯韋方程組的效果,以獲得完整的電磁場(chǎng)信息。另外,在軟件中我們引入了多種傅里葉變換算法,如經(jīng)典的快速傅里葉變換、半解析傅里葉變換以及幾何傅里葉變換以實(shí)現(xiàn)不同類型光場(chǎng)在時(shí)間域與頻率域間的快速轉(zhuǎn)換,這也進(jìn)一步提高了模擬的效率。 [IhYh<i ^DwYOo
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