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/ltGSl 前言 G;k#06 W:V:Ej7 h 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?zāi)Ｐ停梢詭椭鷮W(xué)生更好的理解相關(guān)實(shí)驗內(nèi)容和實(shí)驗現(xiàn)象。 D @bnm
s [\ALT8vC?m 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，但由于計算量大而無法對整個復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 !GL
kAV ~wl 4 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，通過簡單的流程圖操作形式進(jìn)行建模，將物理實(shí)驗中不易得到的結(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)驗搭建過程，從而更加直觀、方便的感受物理光學(xué)實(shí)驗中的各種光學(xué)現(xiàn)象，幫助用戶準(zhǔn)確理解物理光學(xué)的核心內(nèi)容。 "oc&uj >56I`[) 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。 !T3b ]0z //W7$DYEG 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)驗的詳細(xì)操作過程。 kH9P(`;Vq 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。 XzV:q!e- fO'"UI 感謝訊技的工程師團(tuán)隊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。 SuuLB6{u3
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目錄 L%sskV(
第一章 物理光學(xué)概念介紹 6 XI"8d.VR
1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 6 IA&NMf;{
1.2 物理光學(xué)和光場追跡 6 q o^P S
1.3 電場、磁場以及坡印廷矢量 8 ^w1&A 3=6
1.4 振幅、相位及實(shí)部和虛部 9 \u@*FTS
1.5 振幅、相位與偏振 10 gLGu#6YVu
1.6菲涅爾公式 11 ?9I=XTR
1.7 全反射 13 Fu;\t 0
1.8倏逝波 13 ytkV"^1^
第二章 光的干涉及干涉系統(tǒng)建模仿真 15 d=~- 8]%\
2.1 牛頓環(huán)模擬仿真 15 F\lnG
2.1.1 牛頓環(huán)反射系統(tǒng)預(yù)覽 15 34e > R?J
2.1.2 光源-平面波 15 I(2qXOG
2.1.3 牛頓環(huán)參數(shù) 15 'L1=:g.\i
2.1.4 模擬仿真步驟 16 }>T$2"pf
2.1.5總結(jié) 23 07FS|>DM'Z
2.2 Fabry-Pérot標(biāo)準(zhǔn)具干涉 23 EJ&aT etQ
2.2.1 F-P標(biāo)準(zhǔn)具系統(tǒng)預(yù)覽 24 zJ9[),;7B
2.2.2 光源-球面波 24 X oZPz
2.2.3 F-P標(biāo)準(zhǔn)具參數(shù) 24 Q(gc( bJV
2.2.4 球透鏡參數(shù) 25 C[0*> W8o
2.2.5 模擬仿真步驟 26 v vvH5NRm
2.2.6總結(jié) 38 X_tc\}I]
2.3 斐索干涉儀 38 t!S ja
2.3.1 斐索干涉儀系統(tǒng)預(yù)覽 38 pA| Z%aL
2.3.2 光源-球面波 39 6Uik>e7?
2.3.3 準(zhǔn)直透鏡參數(shù) 39 ) }. <lSw
2.3.4 光束分束器參數(shù) 40 F[HMX 4
2.3.5 參考面參數(shù) 40 (}jYi*B
2.3.6 測試面參數(shù) 41 Rfuq(DwD6
2.3.7 成像透鏡 43 q[rB u9
2.3.8 模擬仿真步驟 43 6&Al9+$
2.3.9總結(jié) 53 [->uDbt
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