物理光学—Seelight软件建模与仿真

物理光学,应用软件 

　　《物理光学——Seelight软件建模与仿真》将Seelight软件与物理光学基础理论知识相结合，建立物理光学原理仿真模型，通过数值模拟生动演示光的经典波动性质，如光的偏振性质、光在介质界面的传输、光的干涉性、光的衍射、夫琅禾费衍射与傅里叶光学、空间滤波与信息处理、波晶片与偏振状态转换、电光效应等原理与现象。通过运用物理光学基础知识进行Seelight仿真模型设计，将知识、能力、素质培养有机融合，培养读者的学习兴趣与创新意识，使学习过程具有探究性和个性化，提高解决光子学相关复杂问题的综合能力并提供思维方法。

目录
第1章 电磁场与光波 1
1.1 麦克斯韦方程与电磁波 1
1.1.1 波动方程与电磁波 2
1.1.2 光波传输速度与介质折射率 2
1.2 简谐波与辐射强度 3
1.2.1 平面波、波矢、波长与频率 3
1.2.2 电磁波的横波性 4
1.2.3 电磁场的能量密度、能流密度与辐射强度 4
1.3 简谐光波的偏振性 5
1.3.1 线偏振光 5
1.3.2 圆偏振光 6
1.3.3 椭圆偏振光 7
1.3.4 自然光 7
1.3.5 偏振光的椭圆方程描述 8
1.3.6 线偏振器与马吕斯定律 8
1.3.7 偏振光与起偏器的琼斯矩阵 9
1.3.8 光的偏振态的Seelight模拟 10
1.4 简谐光波的标量描述 13
1.4.1 标量平面波和球面波 13
1.4.2 波函数的复数表示与复振幅 14
1.5 电磁波谱 16
1.6 光波在介质界面的传播 17
1.6.1 介质界面电磁波反射与折射 17
1.6.2 菲涅耳公式 18
1.6.3 介质界面光强的反射率和透射率 20
1.6.4 隐失波 22
1.6.5 界面反射光的相位变化 23
1.7 光学波导的全反射分析方法 27
1.7.1 波导结构与光束传输 27
1.7.2 光学波导形成机理 27
1.7.3 平板波导传输Seelight模拟 29
第2章 光的干涉与仿真模拟 31
2.1 光波干涉的基本概念 31
2.1.1 波的叠加原理 31
2.1.2 两列平面波叠加与干涉 31
2.1.3 干涉场的衬比度 33
2.1.4 两束平行光的干涉场Seelight计算模型 34
2.2 分波前干涉 36
2.2.1 普通光源实现相干叠加的方法 36
2.2.2 杨氏双孔干涉：两个球面波的干涉 36
2.2.3 杨氏干涉Seelight计算仿真模型 38
2.3 光的相干性 39
2.3.1 光源宽度对干涉场衬比度的影响 39
2.3.2 光场的空间相干性 43
2.3.3 光场的时间相干性 44
2.4 分振幅干涉 47
2.4.1 平行平板的等倾干涉 48
2.4.2 楔形板的等厚干涉 50
2.5 干涉仪及其应用 57
2.5.1 迈克耳孙干涉仪 57
2.5.2 Twyman-Green干涉仪 62
2.5.3 菲索干涉仪 63
2.6 多光束干涉 65
2.6.1 平行平板的反射多光束干涉和透射多光束干涉 65
2.6.2 法布里-珀**涉仪及其特点 68
2.6.3 多光束干涉的应用 71
2.7 引力波干涉测量 74
第3章 光的衍射标量理论与仿真 76
3.1 惠更斯-菲涅耳原理 76
3.1.1 惠更斯原理 76
3.1.2 菲涅耳衍射原理 76
3.2 基尔霍夫衍射标量理论 77
3.2.1 亥姆霍兹-基尔霍夫积分定理 77
3.2.2 平面屏衍射的基尔霍夫公式 78
3.2.3 巴比涅原理 79
3.3 球面波的傍轴近似和远场近似 79
3.3.1 球面波的傍轴近似 80
3.3.2 球面波的远场近似 81
3.3.3 菲涅耳衍射（近场衍射）与夫琅禾费衍射（远场衍射） 81
3.4 夫琅禾费衍射（远场衍射）计算 81
3.4.1 单缝夫琅禾费衍射场与数值仿真 82
3.4.2 方孔夫琅禾费衍射场与数字仿真 86
3.4.3 圆孔夫琅禾费衍射与仿真模拟 87
3.5 衍射极限与成像分辨率 89
3.5.1 衍射极限 89
3.5.2 成像的极限分辨本领 90
3.5.3 超分辨成像 92
3.6 多相同结构单元与光栅衍射 94
3.6.1 位移-相移定理与Seelight模拟 95
3.6.2 多相同结构单元衍射 98
3.6.3 光栅衍射与光谱仪 100
3.7 菲涅耳衍射 109
3.7.1 菲涅耳衍射理论 109
3.7.2 菲涅耳衍射的数值求解 110
第4章 傅里叶光学基础概念与数值模拟 113
4.1 薄透镜相位变换器与傅里叶光学思想 113
4.1.1 薄透镜的相位变换函数 113
4.1.2 透镜衍射的傅里叶变换性质 115
4.1.3 余弦光栅的衍射场 117
4.2 阿贝成像原理与空间滤波 121
4.2.1 阿贝成像原理 121
4.2.2 阿贝-波特实验与空间滤波 124
4.2.3 泽尼克相衬显微成像 127
4.3 相干光信息处理简例 130
4.3.1 4F图像处理系统 130
4.3.2 图像的相加和相减处理方法 134
第5章 双折射晶体与器件 137
5.1 双折射晶体 137
5.1.1 双折射现象 137
5.1.2 单轴晶体中的波面 139
5.1.3 光的晶体双折射传输简单情形 140
5.2 晶体光学器件 142
5.2.1 晶体偏振器 142
5.2.2 波晶片 143
5.2.3 晶体补偿器 145
5.3 圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验 146
5.3.1 偏振光通过波晶片后的偏振态变化 146
5.3.2 线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光相互转化模拟仿真 147
5.4 旋光效应 148
5.4.1 自然旋光效应 148
5.4.2 法拉第效应磁致旋光效应 150
5.4.3 旋光效应Seelight 模拟 151
5.5 电光效应 153
5.5.1 泡克耳斯效应——线性电光效应 154
5.5.2 克尔效应——平方电光效应 154
5.5.3 电光效应Seelight 模拟 156
参考文献 159
附录 Seelight软件简介与使用技巧 160