物理光學(xué)：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(zhì)折射率 2
1.2 簡諧波與輻射強(qiáng)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(qiáng)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(biāo)量描述 13
1.4.1 標(biāo)量平面波和球面波 13
1.4.2 波函數(shù)的復(fù)數(shù)表示與復(fù)振幅 14
1.5 電磁波譜 16
1.6 光波在介質(zhì)界面的傳播 17
1.6.1 介質(zhì)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(zhì)界面光強(qiáng)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(xué)波導(dǎo)的全反射分析方法 27
1.7.1 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)與光束傳輸 27
1.7.2 光學(xué)波導(dǎo)形成機(jī)理 27
1.7.3 平板波導(dǎo)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(jì)算模型 34
2.2 分波前干涉 36
2.2.1 普通光源實(shí)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(jì)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(shí)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(yīng)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(diǎn) 68
2.6.3 多光束干涉的應(yīng)用 71
2.7 引力波干涉測量 74
第3章 光的衍射標(biāo)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(biāo)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(yuǎn)場近似 79
3.3.1 球面波的傍軸近似 80
3.3.2 球面波的遠(yuǎn)場近似 81
3.3.3 菲涅耳衍射（近場衍射）與夫瑯禾費(fèi)衍射（遠(yuǎn)場衍射） 81
3.4 夫瑯禾費(fèi)衍射（遠(yuǎn)場衍射）計(jì)算 81
3.4.1 單縫夫瑯禾費(fèi)衍射場與數(shù)值仿真 82
3.4.2 方孔夫瑯禾費(fèi)衍射場與數(shù)字仿真 86
3.4.3 圓孔夫瑯禾費(fèi)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(lǐng) 90
3.5.3 超分辨成像 92
3.6 多相同結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xué)基礎(chǔ)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(xué)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(zhì) 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(shí)驗(yàn)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(xué)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(bǔ)償器 145
5.3 圓偏振光、橢圓偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn) 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(zhuǎn)化模擬仿真 147
5.4 旋光效應(yīng) 148
5.4.1 自然旋光效應(yīng) 148
5.4.2 法拉第效應(yīng)磁致旋光效應(yīng) 150
5.4.3 旋光效應(yīng)Seelight 模擬 151
5.5 電光效應(yīng) 153
5.5.1 泡克耳斯效應(yīng)——線性電光效應(yīng) 154
5.5.2 克爾效應(yīng)——平方電光效應(yīng) 154
5.5.3 電光效應(yīng)Seelight 模擬 156
參考文獻(xiàn) 159
附錄 Seelight軟件簡介與使用技巧 160