| infotek | 2023-02-20 08:30 |
《VirtualLab Fusion物理光學實驗教程》 前言 在物理光學中，認為光是一種電磁波。在光的電磁場理論基礎上，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，進而研究這些規(guī)律和現(xiàn)象的應用。它是一門經(jīng)典理論與近代技術相結合的應用性很強的課程。由于學習物理光學需要具備較強的數(shù)學理論功底，并且對于物理光學中的概念和相關物理現(xiàn)象很難把握，因此使用物理光學仿真平臺搭建物理實驗模型，可以幫助學生更好的理解相關實驗內(nèi)容和實驗現(xiàn)象。 現(xiàn)代光學建模技術包含了幾何光學和物理光學兩大領域，幾何光學以費馬原理為基礎，通過折反定律來進行光線追跡，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效應；物理光學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雜系統(tǒng)進行仿真。 為了滿足現(xiàn)代光學系統(tǒng)的建模需求，德國耶拿大學Prof. Wyrowski Frank開發(fā)了高速物理光學仿真軟件——VirtualLab Fusion，它利用先進的計算機數(shù)值模擬技術將物理光學中眾多具有復雜、抽象概念的實驗，通過簡單的流程圖操作形式進行建模，將物理實驗中不易得到的結果通過仿真展現(xiàn)出來，使得用戶可以脫離復雜、煩瑣的實驗搭建過程，從而更加直觀、方便的感受物理光學實驗中的各種光學現(xiàn)象，幫助用戶準確理解物理光學的核心內(nèi)容。 VirtualLab Fusion軟件當中集成了從幾何光學到物理光學的各種建模技術，如幾何光學算子、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，從物理光學角度進行快速地仿真；也可以使用傳統(tǒng)的光線追跡，對系統(tǒng)進行分析。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）進行求解，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換，這也進一步提高了模擬的效率。 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習需求，訊技特推出了《VirtualLab Fusion物理光學實驗教程》書籍，書中既包含了物理光學理論的介紹，又包含了大量逐步講解的實用案例，包羅了物理光學當中干涉、衍射、晶體、偏振及傅里葉光學等方面的基礎物理實驗的詳細操作過程。 期望通過此書，能夠幫助用戶更好的理解物理光學基礎概念和實驗現(xiàn)象，并且可以學習和掌握VirtualLab Fusion軟件，享受其為光學建模和仿真所帶來的便利與樂趣。 感謝訊技的工程師團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。 目錄 第一章 物理光學概念介紹 6 1.1 幾何光學和光線追跡 6 1.2 物理光學和光場追跡 6 1.3 電場、磁場以及坡印廷矢量 8 1.4 振幅、相位及實部和虛部 9 1.5 振幅、相位與偏振 10 1.6菲涅爾公式 11 1.7 全反射 13 1.8倏逝波 13 第二章 光的干涉及干涉系統(tǒng)建模仿真 15 2.1 牛頓環(huán)模擬仿真 15 2.1.1 牛頓環(huán)反射系統(tǒng)預覽 15 2.1.2 光源-平面波 15 2.1.3 牛頓環(huán)參數(shù) 15 2.1.4 模擬仿真步驟 16 2.1.5總結 23 2.2 Fabry-Pérot標準具干涉 23 2.2.1 F-P標準具系統(tǒng)預覽 24 2.2.2 光源-球面波 24 2.2.3 F-P標準具參數(shù) 24 2.2.4 球透鏡參數(shù) 25 2.2.5 模擬仿真步驟 26 2.2.6總結 38 2.3 斐索干涉儀 38 2.3.1 斐索干涉儀系統(tǒng)預覽 38 2.3.2 光源-球面波 39 | |