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DU(?[b 前言 [Y Q` ` bQ_N^[oxQ 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)用性很強的課程。由于學(xué)習(xí)物理光學(xué)需要具備較強的數(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驗?zāi)Ｐ停梢詭椭鷮W(xué)生更好的理解相關(guān)實驗內(nèi)容和實驗現(xiàn)象。 R)5zHCwOw PqwoZo0j 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。 xcu:'7'K[ ~f!iz~ 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、抽象概念的實驗，通過簡單的流程圖操作形式進(jìn)行建模，將物理實驗中不易得到的結(jié)果通過仿真展現(xiàn)出來，使得用戶可以脫離復(fù)雜、煩瑣的實驗搭建過程，從而更加直觀、方便的感受物理光學(xué)實驗中的各種光學(xué)現(xiàn)象，幫助用戶準(zhǔn)確理解物理光學(xué)的核心內(nèi)容。 Eh?,-!SUQn 9|LV
x3] 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。 \}}) U# Ru^j ~Cj5 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)物理實驗的詳細(xì)操作過程。 }^3ICwzm 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。 iN@+,]Yjl w }QU;rl8q 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。 f{u3RCfX~2
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目錄 :k.C|V!W
第一章 物理光學(xué)概念介紹 6 [n;GP@A ]R
1.1 幾何光學(xué)和光線追跡 6 6`hHx=L
1.2 物理光學(xué)和光場追跡 6 ;K<W<v5m0N
1.3 電場、磁場以及坡印廷矢量 8 M8'
GbF=1
1.4 振幅、相位及實部和虛部 9 #1` lJ
1.5 振幅、相位與偏振 10 ZzV%+n7<Vx
1.6菲涅爾公式 11 Ax;i;<md
1.7 全反射 13 R d{#cW~
1.8倏逝波 13 = ^A/&[&31
第二章 光的干涉及干涉系統(tǒng)建模仿真 15 }CXL\, ;
2.1 牛頓環(huán)模擬仿真 15 $X:r&7t+Q[
2.1.1 牛頓環(huán)反射系統(tǒng)預(yù)覽 15 h$y0>eMWs
2.1.2 光源-平面波 15 YF<;s^&@u
2.1.3 牛頓環(huán)參數(shù) 15 ,~,{$\p
2.1.4 模擬仿真步驟 16 J+6bp0RIh
2.1.5總結(jié) 23 2OJ=Xb1
2.2 Fabry-Pérot標(biāo)準(zhǔn)具干涉 23 3[O;HS3|
2.2.1 F-P標(biāo)準(zhǔn)具系統(tǒng)預(yù)覽 24 Y^W.gGM
2.2.2 光源-球面波 24 /i ekww^54
2.2.3 F-P標(biāo)準(zhǔn)具參數(shù) 24 {Deg1V!x>
2.2.4 球透鏡參數(shù) 25 C 9:5c@G
2.2.5 模擬仿真步驟 26 ?sBbe@OC?
2.2.6總結(jié) 38 g<r'f"^
2.3 斐索干涉儀 38 m"Y|xvIA
2.3.1 斐索干涉儀系統(tǒng)預(yù)覽 38 KD5}
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