Rh}}8 sv 前言
\q($8< l`uI K. 在物理
光學(xué)中,認(rèn)為光是一種電磁波。在光的電磁場理論基礎(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。
#M%K82" .TMLg(2hgv 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),通過折反定律來進(jìn)行
光線追跡,能夠快速實(shí)現(xiàn)整個
系統(tǒng)地仿真,但忽略了衍射和矢量等波動光學(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整個系統(tǒng)進(jìn)行求解,從而獲得完整的電磁場信息,但由于計(jì)算量大而無法對整個復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。
hK,a8%KnFA ]]0Yh 為了滿足現(xiàn)代
光學(xué)系統(tǒng)的建模需求,德國耶拿大學(xué)Prof. Wyrowski Frank開發(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),通過簡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)果通過仿真展現(xiàn)出來,使得用戶可以脫離復(fù)雜、煩瑣的實(shí)驗(yàn)搭建過程,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。
q<j9l'dHG \TZSn1isZX 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,既能夠使用場追跡或經(jīng)典場追跡,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,對系統(tǒng)進(jìn)行分析。在VirtualLab中,我們根據(jù)場追跡的概念將系統(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,之后通過序列或非序列方式將各個區(qū)域連接起來,從而達(dá)到對整個系統(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)不同類型光場在時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。
F\, vIS zuu<;^/R 目前,VirtualLab Fusion的光場追跡概念正在被越來越多的高校、研究所以及企業(yè)所接受,為了滿足越來越多用戶地學(xué)習(xí)需求,訊技特推出了《VirtualLab Fusion物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)教程》書籍,書中既包含了物理光學(xué)理論的介紹,又包含了大量逐步講解的實(shí)用案例,包羅了物理光學(xué)當(dāng)中干涉、衍射、晶體、偏振及傅里葉光學(xué)等方面的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)操作過程。
-Bl]RpHCe 期望通過此書,能夠幫助用戶更好的理解物理光學(xué)基礎(chǔ)概念和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并且可以學(xué)習(xí)和掌握VirtualLab Fusion軟件,享受其為光學(xué)建模和仿真所帶來的便利與樂趣。
fy]c=:EmD 2X<%BFsE 感謝訊技的工程師團(tuán)隊(duì)在此書的編撰過程中所付出的努力,由于時間有限,書中難免會有不足之處,還請各位同行及用戶不吝指正。書中自帶光盤中有軟件試用安裝程序及各章的案例,有興趣讀者可依次深入研究,若有任何問題,可隨時與我們聯(lián)系。
|kH.o= SJ91(K 'W,*mfB 目錄
B0U(B\~Y 第一章 物理光學(xué)概念介紹 6
?&'Kw>s@ 1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 6
e|?eY)_ 1.2 物理光學(xué)和光場追跡 6
^U5Qb"hz 1.3 電場、磁場以及坡印廷矢量 8
ue^HhZ9 1.4 振幅、相位及實(shí)部和虛部 9
j+fib} 8} 1.5 振幅、相位與偏振 10
43x2BW&& 1.6菲涅爾公式 11
iO&*WIbg 1.7 全反射 13
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