物理光學：Seelight軟件建模與仿真

目錄
第1章 電磁場與光波 1
1.1 麥克斯韋方程與電磁波 1
1.1.1 波動方程與電磁波 2
1.1.2 光波傳輸速度與介質折射率 2
1.2 簡諧波與輻射強度 3
1.2.1 平面波、波矢、波長與頻率 3
1.2.2 電磁波的橫波性 4
1.2.3 電磁場的能量密度、能流密度與輻射強度 4
1.3 簡諧光波的偏振性 5
1.3.1 線偏振光 5
1.3.2 圓偏振光 6
1.3.3 橢圓偏振光 7
1.3.4 自然光 7
1.3.5 偏振光的橢圓方程描述 8
1.3.6 線偏振器與馬呂斯定律 8
1.3.7 偏振光與起偏器的瓊斯矩陣 9
1.3.8 光的偏振態(tài)的Seelight模擬 10
1.4 簡諧光波的標量描述 13
1.4.1 標量平面波和球面波 13
1.4.2 波函數(shù)的復數(shù)表示與復振幅 14
1.5 電磁波譜 16
1.6 光波在介質界面的傳播 17
1.6.1 介質界面電磁波反射與折射 17
1.6.2 菲涅耳公式 18
1.6.3 介質界面光強的反射率和透射率 20
1.6.4 隱失波 22
1.6.5 界面反射光的相位變化 23
1.7 光學波導的全反射分析方法 27
1.7.1 波導結構與光束傳輸 27
1.7.2 光學波導形成機理 27
1.7.3 平板波導傳輸Seelight模擬 29
第2章 光的干涉與仿真模擬 31
2.1 光波干涉的基本概念 31
2.1.1 波的疊加原理 31
2.1.2 兩列平面波疊加與干涉 31
2.1.3 干涉場的襯比度 33
2.1.4 兩束平行光的干涉場Seelight計算模型 34
2.2 分波前干涉 36
2.2.1 普通光源實現(xiàn)相干疊加的方法 36
2.2.2 楊氏雙孔干涉：兩個球面波的干涉 36
2.2.3 楊氏干涉Seelight計算仿真模型 38
2.3 光的相干性 39
2.3.1 光源寬度對干涉場襯比度的影響 39
2.3.2 光場的空間相干性 43
2.3.3 光場的時間相干性 44
2.4 分振幅干涉 47
2.4.1 平行平板的等傾干涉 48
2.4.2 楔形板的等厚干涉 50
2.5 干涉儀及其應用 57
2.5.1 邁克耳孫干涉儀 57
2.5.2 Twyman-Green干涉儀 62
2.5.3 菲索干涉儀 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-珀羅干涉儀及其特點 68
2.6.3 多光束干涉的應用 71
2.7 引力波干涉測量 74
第3章 光的衍射標量理論與仿真 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 基爾霍夫衍射標量理論 77
3.2.1 亥姆霍茲-基爾霍夫積分定理 77
3.2.2 平面屏衍射的基爾霍夫公式 78
3.2.3 巴比涅原理 79
3.3 球面波的傍軸近似和遠場近似 79
3.3.1 球面波的傍軸近似 80
3.3.2 球面波的遠場近似 81
3.3.3 菲涅耳衍射（近場衍射）與夫瑯禾費衍射（遠場衍射） 81
3.4 夫瑯禾費衍射（遠場衍射）計算 81
3.4.1 單縫夫瑯禾費衍射場與數(shù)值仿真 82
3.4.2 方孔夫瑯禾費衍射場與數(shù)字仿真 86
3.4.3 圓孔夫瑯禾費衍射與仿真模擬 87
3.5 衍射極限與成像分辨率 89
3.5.1 衍射極限 89
3.5.2 成像的極限分辨本領 90
3.5.3 超分辨成像 92
3.6 多相同結構單元與光柵衍射 94
3.6.1 位移-相移定理與Seelight模擬 95
3.6.2 多相同結構單元衍射 98
3.6.3 光柵衍射與光譜儀 100
3.7 菲涅耳衍射 109
3.7.1 菲涅耳衍射理論 109
3.7.2 菲涅耳衍射的數(shù)值求解 110
第4章 傅里葉光學基礎概念與數(shù)值模擬 113
4.1 薄透鏡相位變換器與傅里葉光學思想 113
4.1.1 薄透鏡的相位變換函數(shù) 113
4.1.2 透鏡衍射的傅里葉變換性質 115
4.1.3 余弦光柵的衍射場 117
4.2 阿貝成像原理與空間濾波 121
4.2.1 阿貝成像原理 121
4.2.2 阿貝-波特實驗與空間濾波 124
4.2.3 澤尼克相襯顯微成像 127
4.3 相干光信息處理簡例 130
4.3.1 4F圖像處理系統(tǒng) 130
4.3.2 圖像的相加和相減處理方法 134
第5章 雙折射晶體與器件 137
5.1 雙折射晶體 137
5.1.1 雙折射現(xiàn)象 137
5.1.2 單軸晶體中的波面 139
5.1.3 光的晶體雙折射傳輸簡單情形 140
5.2 晶體光學器件 142
5.2.1 晶體偏振器 142
5.2.2 波晶片 143
5.2.3 晶體補償器 145
5.3 圓偏振光、橢圓偏振光的產生和檢驗 146
5.3.1 偏振光通過波晶片后的偏振態(tài)變化 146
5.3.2 線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光相互轉化模擬仿真 147
5.4 旋光效應 148
5.4.1 自然旋光效應 148
5.4.2 法拉第效應磁致旋光效應 150
5.4.3 旋光效應Seelight 模擬 151
5.5 電光效應 153
5.5.1 泡克耳斯效應——線性電光效應 154
5.5.2 克爾效應——平方電光效應 154
5.5.3 電光效應Seelight 模擬 156
參考文獻 159
附錄 Seelight軟件簡介與使用技巧 160