《光學(xué)仿真課程設(shè)計(jì)》指導(dǎo)書(shū)

1、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)光學(xué)仿真課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)西安郵電大學(xué)光電子技術(shù)系2013年5月目錄（一）課程目的及要求1（二）實(shí)施管理辦法2（三）課程設(shè)計(jì)題目3一、光波偏振態(tài)的仿真3二、光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真3三、光波場(chǎng)的時(shí)域頻譜分析3四、多個(gè)單色波的疊加，波群的仿真4五、雙光束干涉的仿真4六、平行平板多光束干涉的仿真4七、薄膜干涉的仿真5八、空間相干性的仿真5九、光的圓孔衍射5十、光的矩形孔衍射5（四）光學(xué)基本理論7一、光的偏振7二、光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性9三、光波場(chǎng)的時(shí)域頻譜13四、多個(gè)單色波的疊加15五、雙光束干涉17六、平行平板多光束干涉21七、薄膜干涉23八、空間相干性

2、26九、光的圓孔衍射28十、光的矩形孔衍射31附錄：351課程大綱352過(guò)程檢查表及成績(jī)?cè)u(píng)定表39參考文獻(xiàn)411（一）課程目的及要求光學(xué)仿真課程設(shè)計(jì)是電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)三年級(jí)第一學(xué)期所開(kāi)設(shè)的為期兩周、2個(gè)學(xué)分的集中實(shí)踐環(huán)節(jié)必修課程。通過(guò)該實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生對(duì)光學(xué)的基本原理有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和理解，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)光學(xué)理論的掌握，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，提高學(xué)生動(dòng)手能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及未來(lái)的工作、科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。光學(xué)仿真課程設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)典型光學(xué)過(guò)程的仿真，鞏固和應(yīng)用光學(xué)課程的基本理論和方法，初步掌握仿真設(shè)計(jì)和調(diào)試的相關(guān)基本方法。具體內(nèi)容包括：l 光的電

3、磁理論仿真：利用菲涅爾公式計(jì)算光的反射折射、光的偏振、光的時(shí)域頻譜分析、波群的仿真等。l 光的干涉仿真：雙光束分波前干涉、雙光束分振幅干涉、多光束干涉、薄膜干涉的仿真及空間相干、時(shí)間相干等。l 光的衍射仿真：菲涅爾衍射、夫瑯和費(fèi)衍射等。光學(xué)仿真課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生在給定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成選定的題目，并完成報(bào)告。（二）實(shí)施管理辦法1宣講：在課程設(shè)計(jì)開(kāi)始前一周，給學(xué)生介紹課程設(shè)計(jì)的基本情況，包括要求、考核，介紹題目基本情況。2選題：課程設(shè)計(jì)開(kāi)始第一天，根據(jù)要求選題。3過(guò)程管理：每一個(gè)設(shè)計(jì)題目按照如下流程進(jìn)行：l 第一階段：原理檢查學(xué)生填寫(xiě)過(guò)程檢查表中原理概述部分，指導(dǎo)老師結(jié)合提問(wèn)檢查學(xué)生對(duì)題目所設(shè)計(jì)理論

4、的掌握情況；l 第二階段：設(shè)計(jì)流程檢查學(xué)生填寫(xiě)過(guò)程檢查表中流程圖部分，指導(dǎo)老師結(jié)合提問(wèn)檢查學(xué)生實(shí)現(xiàn)仿真分析的思路和流程；l 第三階段：驗(yàn)收學(xué)生完成仿真分析后，指導(dǎo)老師通過(guò)提問(wèn)、運(yùn)行程序等方式檢查仿真結(jié)果，填寫(xiě)過(guò)程檢查表中結(jié)果驗(yàn)收部分，對(duì)學(xué)生完成質(zhì)量、效果做出評(píng)價(jià)。4成績(jī)?cè)u(píng)定指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)期間的學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤、勞動(dòng)、紀(jì)律、題目完成情況、回答問(wèn)題及報(bào)告等的總體進(jìn)行考核，分值比例：第一周35%，第二周35%，報(bào)告30%。（三）課程設(shè)計(jì)題目一、光波偏振態(tài)的仿真目的：通過(guò)對(duì)兩相互垂直偏振態(tài)的合成1掌握?qǐng)A偏振、橢圓偏振及線偏振的概念及基本特性；2掌握偏振態(tài)的分析方法。任務(wù)與要求：對(duì)兩相互垂直偏

5、振態(tài)的合成進(jìn)行計(jì)算，繪出電場(chǎng)的軌跡。要求計(jì)算在j=0、j=p/4、j=p/2、j=3p/4、j=p、j=5p/4、j=3p/2、j=7p/4時(shí)，在Ex=Ey及Ex=2Ey情況下的偏振態(tài)曲線并總結(jié)規(guī)律。二、光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真目的：1掌握反射系數(shù)及透射系數(shù)的概念；2掌握反射光與透射光振幅和相位的變化規(guī)律；3掌握布儒斯特角和全反射臨界角的概念。任務(wù)與要求：對(duì)n1=1、n2=1.52及n1=1.52、n2=1的兩種情況下，分別計(jì)算反射光與透射光振幅和相位的變化，繪出變化曲線并總結(jié)規(guī)律。三、光波場(chǎng)的時(shí)域頻譜分析目的：1掌握單色光、復(fù)色光的概念；2掌握準(zhǔn)單色光的概念及光波頻譜寬窄的影

6、響因素。任務(wù)與要求：對(duì)常見(jiàn)光波無(wú)限長(zhǎng)等幅振蕩持續(xù)有限時(shí)間的等幅振蕩，持續(xù)時(shí)間為1ns、1ms、1s、10s、100s指數(shù)衰減振蕩E(t)=e-bte-i2pn0，(t0)，b=0、1、5、10、100進(jìn)行傅里葉變換計(jì)算并繪出頻譜圖，總結(jié)影響頻譜寬窄的因素。等時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，四、多個(gè)單色波的疊加，波群的仿真目的：通過(guò)三個(gè)或三個(gè)以上頻率相近的光波進(jìn)行疊加計(jì)算，掌握波群及群速度的概念。任務(wù)與要求：對(duì)三個(gè)或三個(gè)以上頻率相近的光波進(jìn)行疊加計(jì)算，計(jì)算l1=500nm，l2,3=500±0.1nm、l2,3=500±1nm、l2,3=500±10nm、l2,3=500±

7、20nm、l2,3=500±100nm時(shí)的合成波。繪出光波的傳輸圖，總結(jié)波群的形成機(jī)理及條件。要求1計(jì)算無(wú)色散的情況，n500=1.58；2存在色散時(shí)，n500=1.58，n500.1=1.57996，n501=1.57964，n510=1.57655，n520=1.57329，n600=1.55284，n499.9=1.58003，n499=1.58036，n490=1.58366，n480=1.58756，n400=1.63；3色散加倍時(shí)的情況。五、雙光束干涉的仿真目的：1掌握光的相干條件；2掌握分波陣面雙光束干涉的特點(diǎn)。任務(wù)與要求：對(duì)雙縫干涉進(jìn)行計(jì)算，分別繪出單色光和復(fù)色光（白

8、光）的干涉條紋，總結(jié)雙縫干涉的特點(diǎn)。六、平行平板多光束干涉的仿真目的：通過(guò)對(duì)平行平板多光束干涉的計(jì)算：1掌握等傾干涉的概念；2掌握干涉特點(diǎn)及條紋銳度，自由光譜范圍及濾波特性等概念。任務(wù)與要求：對(duì)單色光（600nm）與復(fù)色光（兩種顏色，如600nm、620nm）進(jìn)行多光束干涉（要求變化R值，如R=0.046，R=0. 27，R=0.64，R=0.87，R=0.99）的計(jì)算，繪出干涉條紋，觀察條紋銳度；固定入射角（如0°、30°角），觀察選頻特性。對(duì)復(fù)色光觀察自由光譜范圍。對(duì)整個(gè)仿真進(jìn)行總結(jié)歸納。七、薄膜干涉的仿真目的：1掌握單層光學(xué)薄膜的反射特性；2掌握光學(xué)薄膜的作用及增透增

9、反的概念。任務(wù)與要求：對(duì)單層膜反射系數(shù)、反射率及相位因子進(jìn)行計(jì)算，其中玻璃基片n=1.5，薄膜折射率依次取1.0、1.2、1.4、1.5、1.7、2.0、3.0，繪出反射率隨薄膜厚度，入射角及波長(zhǎng)的變化曲線。總結(jié)薄膜反射的特點(diǎn)。八、空間相干性的仿真目的：1掌握光的空間相干性；2掌握相干面積的概念；3掌握條紋可見(jiàn)度的概念。任務(wù)與要求：1對(duì)寬度為b線的狀擴(kuò)展光源進(jìn)行雙縫干涉（d=0.7mm）的計(jì)算，繪出擴(kuò)展源大小對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響。2光源大小為1mm，匯出縫間距大小對(duì)條紋可見(jiàn)度的影響。3對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。九、光的圓孔衍射目的：1掌握近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的概念；2掌握夫瑯禾費(fèi)圓孔衍射特點(diǎn)及艾里斑的概念；3掌

10、握菲涅爾圓孔衍射的特點(diǎn)。任務(wù)與要求：利用教材3.1-15式對(duì)圓孔衍射進(jìn)行計(jì)算，其中入射波長(zhǎng)為632.8nm，圓孔半徑為1mm，光源位于系統(tǒng)的軸線上。改變光源位置及觀察屏位置，觀察遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案及艾里斑，近場(chǎng)觀察距離改變衍射圖案的變化；對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析。十、光的矩形孔衍射目的：1掌握近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的概念；2掌握夫瑯禾費(fèi)矩形孔衍射的特點(diǎn)及單縫衍射的特點(diǎn)；3掌握菲涅爾矩形孔及單縫衍射的特點(diǎn)。任務(wù)與要求： 利用教材3.1-15式進(jìn)行計(jì)算，其中入射波長(zhǎng)為632.8nm，縫寬為1mm，光源位于系統(tǒng)的軸線上，要求計(jì)算遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案，近場(chǎng)觀察距離改變衍射圖案的變化；對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行總結(jié)分析。（四）光學(xué)基本理論一、

11、光的偏振 平面光波是橫電磁波，其光場(chǎng)矢量的振動(dòng)方向與光波傳播方向垂直。一般情況下，在垂直平面光波傳播方向的平面內(nèi)，光場(chǎng)振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向是不對(duì)稱的，光波性質(zhì)隨光場(chǎng)振動(dòng)方向的不同而發(fā)生變化。將這種光振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向不對(duì)稱的性質(zhì)，稱為光波的偏振特性。它是橫波區(qū)別于縱波的最明顯標(biāo)志。1) 光波的偏振態(tài) 根據(jù)空間任一點(diǎn)光電場(chǎng)E的矢量末端在不同時(shí)刻的軌跡不同，其偏振態(tài)可分為線偏振、圓偏振和橢圓偏振。 設(shè)光波沿z方向傳播，電場(chǎng)矢量為為表征該光波的偏振特性，可將其表示為沿x、y方向振動(dòng)的兩個(gè)獨(dú)立分量的線性組合，即 其中將上二式中的變量t消去，經(jīng)過(guò)運(yùn)算可得 式中，=y-x。這個(gè)二元二次方程在一般情況

12、下表示的幾何圖形是橢圓，如圖1-1所示。圖1-1 橢圓偏振諸參量在上式中，相位差和振幅比Ey/Ex的不同，決定了橢圓形狀和空間取向的不同，從而也就決定了光的不同偏振狀態(tài)。圖1-2畫(huà)出了幾種不同值相應(yīng)的橢圓偏振態(tài)。實(shí)際上，線偏振態(tài)和圓偏振態(tài)都可以被認(rèn)為是橢圓偏振態(tài)的特殊情況。 圖1-2 不同j值相應(yīng)的橢圓偏振(1) 線偏振光 當(dāng)Ex、Ey二分量的相位差=m(m=0, ±1, ±2，)時(shí)，橢圓退化為一條直線，稱為線偏振光。此時(shí)有 當(dāng)m為零或偶數(shù)時(shí)，光振動(dòng)方向在、象限內(nèi)；當(dāng)m為奇數(shù)時(shí)，光振動(dòng)方向在、象限內(nèi)。 由于在同一時(shí)刻，線偏振光傳播方向上各點(diǎn)的光矢量都在同一平面內(nèi)，因此又叫做

13、平面偏振光。通常將包含光矢量和傳播方向的平面稱為振動(dòng)面。(2) 圓偏振光當(dāng)Ex、Ey的振幅相等(E0x=E0y=E0)，相位差=m/2(m=±1, ±3, ±5)時(shí)，橢圓方程退化為圓方程該光稱為圓偏振光。用復(fù)數(shù)形式表示時(shí)，有式中，正負(fù)號(hào)分別對(duì)應(yīng)右旋和左旋圓偏振光。所謂右旋或左旋與觀察的方向有關(guān)，通常規(guī)定逆著光傳播的方向看，E為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，稱為右旋圓偏振光，反之，稱為左旋圓偏振光。(3) 橢圓偏振光在一般情況下，光場(chǎng)矢量在垂直傳播方向的平面內(nèi)大小和方向都改變，它的末端軌跡是橢圓，故稱為橢圓偏振光。在某一時(shí)刻，傳播方向上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光矢量末端分布在具有橢圓截面的螺

14、線上(圖1-3)。橢圓的長(zhǎng)、短半軸和取向與二分量Ex、Ey的振幅和相位差有關(guān)。其旋向取決于相位差：當(dāng)2m(2m+1)時(shí)，為右旋橢圓偏振光；當(dāng)(2m-1)2m時(shí)，為左旋橢圓偏振光。 圖1-3 橢圓偏振光二、光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性2.1 反射定律和折射定律 光由一種介質(zhì)入射到另一種介質(zhì)時(shí)，在界面上將產(chǎn)生反射和折射?，F(xiàn)假設(shè)二介質(zhì)為均勻、透明、各向同性介質(zhì)，分界面為無(wú)窮大的平面，入射、反射和折射光均為平面光波，其電場(chǎng)表示式為 l=i, r, t式中，腳標(biāo)i、r、t分別代表入射光、反射光和折射光；r是界面上任意點(diǎn)的矢徑，在圖2-1所示的坐標(biāo)情況下，有r=ix+jy 圖2-1 平面光波在界面上

15、的反射和折射 圖2-2 ki、kr、kt三波矢關(guān)系根據(jù)電磁場(chǎng)的邊界條件，可以得到如下關(guān)系這些關(guān)系表明： 入射光、反射光和折射光具有相同的頻率； 入射光、反射光和折射光均在入射面內(nèi)，ki、kr和kt波矢關(guān)系如圖2-2所示。 進(jìn)一步可得 或 即介質(zhì)界面上的反射定律和折射定律，它們給出了反射光、折射光的方向。折射定律又稱為斯涅耳(Snell)定律。 2.2 菲涅耳公式 1. s分量和p分量 通常把垂直于入射面振動(dòng)的分量稱做s分量，把平行于入射面振動(dòng)的分量稱做p分量。為討論方便起見(jiàn)，規(guī)定s分量和p分量的正方向如圖2-3所示。 圖2-3 s分量和p分量的正方向2. 反射系數(shù)和透射系數(shù) 假設(shè)介質(zhì)中的電場(chǎng)矢

16、量為 l=i, r, t其s分量和p分量表示式為 m=s,p則定義s分量、p分量的反射系數(shù)、透射系數(shù)分別為 3. 菲涅耳公式 假設(shè)界面上的入射光、反射光和折射光同相位，根據(jù)電磁場(chǎng)的邊界條件及s分量、p分量的正方向規(guī)定，可得和利用，上式變?yōu)樵倮谜凵涠桑ts，經(jīng)整理可得 根據(jù)反射系數(shù)定義，得到將所得到的表示式寫(xiě)成一個(gè)方程組，就是著名的菲涅耳公式：這些系數(shù)首先是由菲涅耳用彈性波理論得到的，所以又叫做菲涅耳系數(shù)。 于是，如果已知界面兩側(cè)的折射率n1、n2和入射角1，就可由折射定律確定折射角2，進(jìn)而可由上面的菲涅耳公式求出反射系數(shù)和透射系數(shù)。圖2-4繪出了在n1n2(光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì))

17、和n1n2(光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì))兩種情況下，反射系數(shù)、透射系數(shù)隨入射角1的變化曲線。 圖2-4 rs、rp、ts、tp隨入射角1變化曲線2.3 反射率和透射率 菲涅耳公式給出了入射光、反射光和折射光之間的場(chǎng)振幅和相位關(guān)系。不計(jì)吸收、散射等能量損耗，入射光能量在反射光和折射光中重新分配，而總能量保持不變。圖2-5光束截面積在反射和折射時(shí)的變化(在分界面上光束截面積為1) 如圖2-5所示，若有一個(gè)平面光波以入射角1斜入射到介質(zhì)分界面，平面光波的強(qiáng)度為Ii，則每秒入射到界面上單位面積的能量為 Wi=Ii cos1由此可以得到反射率、透射率的表達(dá)式分別為 將菲涅耳公式代入，即可得到入射光中s分量

18、和p分量的反射率和透射率的表示式分別為 顯然有 綜上所述，光在介質(zhì)界面上的反射、透射特性由三個(gè)因素決定：入射光的偏振態(tài)，、入射角、界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。 三、光波場(chǎng)的時(shí)域頻譜 實(shí)際上，嚴(yán)格的單色光波是不存在的，我們所能得到的各種光波均為復(fù)色波。所謂復(fù)色波是指某光波由若干單色光波組合而成，或者說(shuō)它包含有多種頻率成分，它在時(shí)間上是有限的波列。 復(fù)色波的電場(chǎng)是所含各個(gè)單色光波電場(chǎng)的疊加， 即 在一般情況下，若只考慮光波場(chǎng)在時(shí)間域內(nèi)的變化，可以表示為時(shí)間的函數(shù)E(t)。通過(guò)傅里葉變換，它可以展成如下形式： 即一個(gè)隨時(shí)間變化的光波場(chǎng)振動(dòng)E(t)，可以視為許多單頻成分簡(jiǎn)諧振蕩的疊加， 各成分相應(yīng)的振幅E(

19、)，并且E()按下式計(jì)算： |E()|2表征了頻率分量的功率，稱|E()|2為光波場(chǎng)的功率譜。 一個(gè)時(shí)域光波場(chǎng)E(t)可以在頻率域內(nèi)通過(guò)它的頻譜描述。下面，給出幾種經(jīng)常運(yùn)用的光波場(chǎng)E(t)的頻譜分布。 (1) 無(wú)限長(zhǎng)時(shí)間的等幅振蕩 它的頻譜為 表明，等幅振蕩光場(chǎng)對(duì)應(yīng)的頻譜只含有一個(gè)頻率成分0，稱其為理想單色振動(dòng)。圖3-1 等幅振蕩及其頻譜圖(2) 持續(xù)有限時(shí)間的等幅振蕩 圖3-2 有限正弦波及其頻譜圖(3) 衰減振蕩 圖3-3 衰減振蕩及其頻譜圖四、多個(gè)單色波的疊加 實(shí)際上的光波都不是嚴(yán)格的單色光波，而是復(fù)色光波，它的光電場(chǎng)是所包含各個(gè)單色光波電場(chǎng)的疊加，即 二色波的光電場(chǎng)為 假設(shè)E01=E0

20、2=E0，且|1-2| << 1，2，則 式中 圖 1-12 兩個(gè)單色光波的疊加對(duì)于上述復(fù)色光波，E(z，t)為其光場(chǎng)的振幅(包絡(luò))，為其光場(chǎng)的相位，這種復(fù)色光波的傳播速度包含兩種含義：等相位面的傳播速度和等振幅面的傳播速度，前者也稱為相速度，后者也稱為群速度或包絡(luò)速度。 1) 復(fù)色波的相速度 若令復(fù)色波相位為常數(shù)(常數(shù))，則某時(shí)刻等相位面的位置z對(duì)時(shí)間的變化率dz/dt即為等相位的傳播速度復(fù)色波的相速度，且有2) 復(fù)色光波的群速度由復(fù)色波表示式可見(jiàn)，它的振幅是時(shí)間和空間的余弦函數(shù)，在任一時(shí)刻，滿足(mt-kmz)=常數(shù)的z值，代表了某等振幅面的位置，該等振幅面位置對(duì)時(shí)間的變化率即

21、為等振幅面的傳播速度復(fù)色光波的群速度，且有當(dāng)很小時(shí)，可以寫(xiě)成，該式表明，在折射率n隨波長(zhǎng)變化的色散介質(zhì)中，復(fù)色光波的相速度不等于群速度：對(duì)于正常色散介質(zhì)(dn/d0)，vvg；對(duì)于反常色散介質(zhì)(dn/d0)，vvg； 在無(wú)色散介質(zhì)(dn/d=0)中，復(fù)色光波的相速度等于群速度，實(shí)際上，只有真空才屬于這種情況。 應(yīng)當(dāng)指出： 復(fù)色光波是由許多單色光波組成的，只有復(fù)色光波的頻譜寬度很窄，各個(gè)頻率集中在某一“中心”頻率附近時(shí)，上述關(guān)于復(fù)色光波速度的討論才有意義。如果較大，得不到穩(wěn)定的波群，則復(fù)色波群速度的概念沒(méi)有意義。 波群在介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的色散效應(yīng)，使得不同單色光波的傳播速度不同。因此，隨著

22、傳播的推移，波群發(fā)生“彌散”，嚴(yán)重時(shí)，其形狀完全與初始波群不同。由于不存在不變的波群，其群速度的概念也就沒(méi)有意義。所以，只有在色散很小的介質(zhì)中傳播時(shí)，群速度才可以視為一個(gè)波群的傳播速度。 由于光波的能量正比于電場(chǎng)振幅的平方，而群速度是波群等振幅點(diǎn)的傳播速度，所以在群速度有意義的情況下，它即是光波能量的傳播速度。五、雙光束干涉1. 兩束光的干涉現(xiàn)象 光的干涉是指兩束或多束光在空間相遇時(shí)， 在重疊區(qū)內(nèi)形成穩(wěn)定的強(qiáng)弱強(qiáng)度分布的現(xiàn)象。 例如，圖5-1所示的兩列單色線偏振光 圖5-1兩列光波在空間重疊在空間P點(diǎn)相遇，E1與E2振動(dòng)方向間的夾角為，則在P點(diǎn)處的總光強(qiáng)為 式中，I1、I2是二光束的光強(qiáng)；是二

23、光束的相位差，且有 由此可見(jiàn)，二光束疊加后的總強(qiáng)度并不等于這兩列波的強(qiáng)度和，而是多了一項(xiàng)交叉項(xiàng)I12，它反映了這兩束光的干涉效應(yīng)，通常稱為干涉項(xiàng)。干涉現(xiàn)象就是指這兩束光在重疊區(qū)內(nèi)形成的穩(wěn)定的光強(qiáng)分布。所謂穩(wěn)定是指，用肉眼或記錄儀器能觀察到或記錄到條紋分布，即在一定時(shí)間內(nèi)存在著相對(duì)穩(wěn)定的條紋分布。顯然，如果干涉項(xiàng)I12遠(yuǎn)小于兩光束光強(qiáng)中較小的一個(gè)，就不易觀察到干涉現(xiàn)象；如果兩束光的相位差隨時(shí)間變化，使光強(qiáng)度條紋圖樣產(chǎn)生移動(dòng)，且當(dāng)條紋移動(dòng)的速度快到肉眼或記錄儀器分辨不出條紋圖樣時(shí)，就觀察不到干涉現(xiàn)象了。 在能觀察到穩(wěn)定的光強(qiáng)分布的情況下，滿足 m=0, ±1, ±2，的空間位置

24、為光強(qiáng)極大值處，且光強(qiáng)極大值IM為 滿足=(2m+1) m=0, ±1, ±2，的空間位置為光強(qiáng)極小值處，且光強(qiáng)極小值Im為 當(dāng)兩束光強(qiáng)相等，即I1=I2=I0時(shí)，相應(yīng)的極大值和極小值分別為IM=2I0(1+cos)Im=2I0(1-cos )2. 產(chǎn)生干涉的條件 首先引入一個(gè)表征干涉效應(yīng)程度的參量干涉條紋可見(jiàn)度，由此深入分析產(chǎn)生干涉的條件。 1) 干涉條紋可見(jiàn)度(對(duì)比度) 干涉條紋可見(jiàn)度定義為 當(dāng)干涉光強(qiáng)的極小值Im=0時(shí)，V=1，二光束完全相干，條紋最清晰；當(dāng)IM=Im時(shí)，V=0，二光束完全不相干，無(wú)干涉條紋；當(dāng)IMIm0時(shí)，0V1，二光束部分相干，條紋清晰度介于上面兩

25、種情況之間。 2) 產(chǎn)生干涉的條件 由上述二光束疊加的光強(qiáng)分布關(guān)系可見(jiàn)，影響光強(qiáng)條紋穩(wěn)定分布的主要因素是：二光束頻率；二光束振動(dòng)方向夾角和二光束的相位差。(1) 對(duì)干涉光束的頻率要求由二干涉光束相位差的關(guān)系式可以看出，當(dāng)二光束頻率相等，=0時(shí)，干涉光強(qiáng)不隨時(shí)間變化，可以得到穩(wěn)定的干涉條紋分布。當(dāng)二光束的頻率不相等，0時(shí)，干涉條紋將隨著時(shí)間產(chǎn)生移動(dòng)，且愈大，條紋移動(dòng)速度愈快，當(dāng)大到一定程度時(shí)，肉眼或探測(cè)儀器就將觀察不到穩(wěn)定的條紋分布。因此，為了產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，要求二干涉光束的頻率盡量相等。 (2) 對(duì)二干涉光束振動(dòng)方向的要求當(dāng)二光束光強(qiáng)相等時(shí)V=cos因此，當(dāng)=0、二光束的振動(dòng)方向相同時(shí)，V=1，

26、干涉條紋最清晰；當(dāng)=/2、二光束正交振動(dòng)時(shí)，V=0，不發(fā)生干涉；當(dāng)0/2時(shí)，0V1，干涉條紋清晰度介于上面兩種情況之間。所以，為了產(chǎn)生明顯的干涉現(xiàn)象，要求二光束的振動(dòng)方向相同。 (3) 對(duì)二干涉光束相位差的要求由式可見(jiàn)，為了獲得穩(wěn)定的干涉圖形，二干涉光束的相位差必須固定不變，即要求二等頻單色光波的初相位差恒定。實(shí)際上，考慮到光源的發(fā)光特點(diǎn)，這是最關(guān)鍵的要求?？梢?jiàn)，要獲得穩(wěn)定的干涉條紋，則： 兩束光波的頻率應(yīng)當(dāng)相同； 兩束光波在相遇處的振動(dòng)方向應(yīng)當(dāng)相同； 兩束光波在相遇處應(yīng)有固定不變的相位差。 這三個(gè)條件就是兩束光波發(fā)生干涉的必要條件，通常稱為相干條件。 3. 實(shí)現(xiàn)光束干涉的基本方法1) 分波面

27、法雙光束干涉 在實(shí)驗(yàn)室中為了演示分波面法的雙光束干涉，最常采用的是雙縫干涉實(shí)驗(yàn)。用一束He-Ne激光照射兩個(gè)狹縫S1、S2，就會(huì)在縫后的白色屏幕上出現(xiàn)明暗交替的雙縫干涉條紋。圖5-2 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)圖5-3楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)原理圖圖5-4菲涅耳雙棱鏡干涉裝置圖5-5菲涅耳雙面鏡干涉裝置圖5-6洛埃鏡干涉裝置這些實(shí)驗(yàn)的共同點(diǎn)是： 在兩束光的疊加區(qū)內(nèi)，到處都可以觀察到干涉條紋，只是不同地方條紋的間距、形狀不同而已。這種在整個(gè)光波疊加區(qū)內(nèi)，隨處可見(jiàn)干涉條紋的干涉，稱為非定域干涉。與非定域干涉相對(duì)應(yīng)的是定域干涉。 在這些干涉裝置中，都有限制光束的狹縫或小孔，因而干涉條紋的強(qiáng)度很弱，以致于在實(shí)際中難以應(yīng)用。

28、 當(dāng)用白光進(jìn)行干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于干涉條紋的光強(qiáng)極值條件與波長(zhǎng)有關(guān)，除了m=0的條紋仍是白光以外，其它級(jí)次的干涉條紋均為不同顏色(對(duì)應(yīng)著不同波長(zhǎng))分離的彩色條紋。 2) 分振幅法雙光束干涉 (1) 平行平板產(chǎn)生的干涉等傾干涉平行平板產(chǎn)生干涉的裝置如圖5-7所示，由擴(kuò)展光源發(fā)出的每一簇平行光線經(jīng)平行平板反射后，都會(huì)聚在無(wú)窮遠(yuǎn)處，或者通過(guò)圖示的透鏡會(huì)聚在焦平面上，產(chǎn)生等傾干涉。(2) 楔形平板產(chǎn)生的干涉等厚干涉楔形平板是指平板的兩表面不平行，但其夾角很小。楔形平板產(chǎn)生干涉的原理如圖5-8所示。擴(kuò)展光源中的某點(diǎn)S0發(fā)出一束光，經(jīng)楔形板兩表面反射的兩束光相交于P點(diǎn)，產(chǎn)生干涉，其光程差為 圖5-7 平行平板

29、干涉的光程圖示 圖5-8 楔形平板的干涉=n(AB+BC)n0(APCP)光程差的精確值一般很難計(jì)算。但由于在實(shí)用的干涉系統(tǒng)中， 板的厚度通常都很小，楔角都不大，因此可以近似地利用平行平板的計(jì)算公式代替，即=2nh cos2六、平行平板多光束干涉圖6-1 光束在平行平板內(nèi)的多次反射和折射多光束干涉圖樣的特點(diǎn) 根據(jù)愛(ài)里公式，可以看出多光束干涉的干涉圖樣有如下特點(diǎn)： (1) 互補(bǔ)性可以得到Ir+It=Ii該式反映了能量守恒的普遍規(guī)律，即在不考慮吸收和其它損耗的情況下，反射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)之和等于入射光強(qiáng)。若反射光因干涉加強(qiáng)，則透射光必因干涉而減弱，反之亦然。即是說(shuō)，反射光強(qiáng)分布與透射光強(qiáng)分布互補(bǔ)。(

30、2) 等傾性 由愛(ài)里公式可以看出，干涉光強(qiáng)隨R和變化，在特定的R條件下，僅隨變化。根據(jù)關(guān)系式，也可以說(shuō)干涉光強(qiáng)只與光束傾角有關(guān)，這正是等傾干涉條紋的特性。因此，平行平板在透鏡焦平面上產(chǎn)生的多光束干涉條紋是等傾條紋。當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置中的透鏡光軸垂直于平板(圖6-2)時(shí)，所觀察到的等傾條紋是一組同心圓環(huán)。 圖6-2 多光束干涉的實(shí)驗(yàn)裝置透射光的特點(diǎn)在不同表面反射率R的情況下，透射光強(qiáng)的分布如圖6-3所示，圖中橫坐標(biāo)是相鄰兩透射光束間的相位差，縱坐標(biāo)為相對(duì)光強(qiáng)。 圖6-3多光束干涉的透射光強(qiáng)分布曲線 圖6-4 條紋的半寬度圖示由圖可以得出如下規(guī)律：(1) 光強(qiáng)分布與反射率R有關(guān) R很小時(shí)，干涉光強(qiáng)的變化不

31、大，即干涉條紋的可見(jiàn)度很低。當(dāng)R增大時(shí)，透射光暗條紋的強(qiáng)度降低，條紋可見(jiàn)度提高?？刂芌的大小，可以改變光強(qiáng)的分布。(2) 條紋銳義與反射率R有關(guān)隨著R增大，極小值下降，亮條紋寬度變窄。但因，透射光強(qiáng)的極大值與R無(wú)關(guān)，所以，在R很大時(shí)，透射光的干涉條紋是在暗背景上的細(xì)亮條紋。與此相反，反射光的干涉條紋則是在亮背景上的細(xì)暗條紋，由于它不易辨別，故極少應(yīng)用。能夠產(chǎn)生極明銳的透射光干涉條紋，是多光束干涉的最顯著和最重要的特點(diǎn)。 在It/Ii曲線上，若用條紋的半峰值全寬度=表征干涉條紋的銳度，則如圖6-4所示，在時(shí)，從而有若F很大(即R較大)，必定很小，有sin/4/4，F(xiàn)(/4)2=1，因而可得顯然，

32、R愈大，愈小，條紋愈尖銳。 條紋銳度除了用表示外，還常用相鄰兩條紋間的相位差(2)與條紋半寬度()之比N表征，此比值稱為條紋精細(xì)度。R愈大，亮條紋愈細(xì)，N值愈大。當(dāng)R1時(shí)，N，這對(duì)于利用這種條紋進(jìn)行測(cè)量的應(yīng)用，十分有利。 應(yīng)當(dāng)指出，上述是在單色光照射下產(chǎn)生的多光束干涉條紋的半寬度，它不同于準(zhǔn)單色光的譜線寬度，故又稱為“儀器寬度”。七、薄膜干涉 在玻璃基片的光滑表面上鍍一層折射率和厚度都均勻的透明介質(zhì)薄膜，當(dāng)光束入射到薄膜上時(shí)，將在膜內(nèi)產(chǎn)生多次反射，并且在薄膜的兩表面上有一系列互相平行的光束射出，如圖7-1所示。計(jì)算這些光束的干涉，便可了解單層膜的光學(xué)性質(zhì)。 圖7-1單層介質(zhì)膜的反射與透射假設(shè)薄

33、膜的厚度為h，折射率為n1，基片折射率為n2，光由折射率為n0的介質(zhì)入射到薄膜上，采用類似于平行平板多光束干涉的處理方法，可以得到單層膜的反射系數(shù)為式中r1是薄膜上表面的反射系數(shù)，r2是薄膜下表面的反射系數(shù)，是相鄰兩個(gè)出射光束間的相位差，且有 可得單層膜的反射率R為 當(dāng)光束正入射到薄膜上時(shí)，薄膜兩表面的反射系數(shù)分別為 可得到正入射時(shí)單層膜的反射率公式： 對(duì)于一定的基片和介質(zhì)膜，n0、n2為常數(shù)，可由上式得到R隨即隨n1h的變化規(guī)律。圖7-2給出了n0 =1，n2=1.5，對(duì)給定波長(zhǎng)0和不同折射率的介質(zhì)膜，計(jì)算出的單層膜反射率R隨膜層光學(xué)厚度n1h的變化曲線。由此曲線可得如下結(jié)論： n1= n0

34、或n1= n2時(shí)， R和未鍍膜時(shí)的反射率R0一樣。 n1n2時(shí)，RR0，該單層膜的反射率較之未鍍膜時(shí)減小，透過(guò)率增大，即該膜具有增透的作用，稱為增透膜。圖7-2介質(zhì)膜反射率隨光學(xué)厚度的變化 n1n2時(shí)，RR0，該單層膜的反射率較未鍍膜時(shí)增大， 即該膜具有增反的作用，稱為增反膜。 對(duì)于n1h=0/2的半波長(zhǎng)膜，不管膜層折射率比基片折射率大還是小，單層膜對(duì)0的反射率都和未鍍膜時(shí)的基片反射率相同，即為 這說(shuō)明，對(duì)于波長(zhǎng)為0的光，膜層厚度增加(或減小) 0/2，對(duì)反射率沒(méi)有影響。 八、空間相干性關(guān)于光源大小對(duì)干涉條紋可見(jiàn)度V影響的討論，實(shí)際上是考察了擴(kuò)展光源SS所產(chǎn)生的光波波面上S1和S2兩點(diǎn)光場(chǎng)的相

35、關(guān)性，如果該二光場(chǎng)相關(guān)，則知道了S1點(diǎn)的光場(chǎng)(大小和相位)，便可確定出S2點(diǎn)的光場(chǎng)，且由這兩點(diǎn)光場(chǎng)產(chǎn)生的光波在周?chē)臻g可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象；如果該二光場(chǎng)不相關(guān)，則這兩點(diǎn)光場(chǎng)產(chǎn)生的光波在周?chē)臻g不能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。這種垂直于傳播方向的波面上空間點(diǎn)間光場(chǎng)的相關(guān)性，稱為該光的空間相干性。 圖8-1擴(kuò)展光源的楊氏干涉 當(dāng)光源是點(diǎn)光源時(shí)，所考察的任意兩點(diǎn)S1和S2的光場(chǎng)都是空間相干的；當(dāng)光源是擴(kuò)展光源時(shí)，所考察S1和S2兩點(diǎn)的光場(chǎng)不一定空間相干，具有空間相干性的空間點(diǎn)的范圍與光源大小成反比。根據(jù)對(duì)于一定的光波長(zhǎng)和干涉裝置，當(dāng)光源寬度b較大，且滿足bR/d或b/時(shí)，通過(guò)S1和S2兩點(diǎn)的光場(chǎng)空間不相干，因此它們?cè)?/p>

36、空間將不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。通常稱為光源空間相干的臨界寬度，式中的=d/R是干涉裝置中兩小孔S1和S2對(duì)S的張角。當(dāng)光源寬度不超過(guò)臨界寬度的1/4時(shí)，由V式可計(jì)算出這時(shí)的可見(jiàn)度V0.9。通常稱這個(gè)光源寬度為許可寬度bp，且實(shí)際上，可以利用這個(gè)許可寬度確定干涉儀應(yīng)用中的光源寬度的容許值。 也可以從另一個(gè)角度考察光的空間相干性范圍。對(duì)于一定的光源寬度b，通常稱光通過(guò)S1和S2點(diǎn)恰好不發(fā)生干涉時(shí)所對(duì)應(yīng)的距離為橫向相干寬度，以dt表示該橫向相干寬度dt也可以用擴(kuò)展光源對(duì)O點(diǎn)(S1S2連線的中點(diǎn))的張角表示： 如果擴(kuò)展光源是方形的，由它照明平面上的空間相干范圍的面積(相干面積)為 理論上可以證明，對(duì)于圓形光源

37、，其照明平面上的橫向相干寬度為 相干面積為有時(shí)采用相干孔徑角C表征空間相干范圍會(huì)更直觀方便。當(dāng)b和給定時(shí)，凡是在該孔徑角以外的兩點(diǎn)(如S1和S2)都是不相干的，在孔徑角以內(nèi)的兩點(diǎn)(如S1和S2)都具有一定程度的相干性(圖8-2)。公式bC=表示相干孔徑角C與光源寬度b成反比，通常稱該式為空間相干性的反比公式。 圖8-2九、光的圓孔衍射光的衍射是指光波在傳播過(guò)程中遇到障礙物時(shí)，所發(fā)生的偏離直線傳播的現(xiàn)象。光的衍射，也可以叫光的繞射，即光可繞過(guò)障礙物，傳播到障礙物的幾何陰影區(qū)域中，并在障礙物后的觀察屏上呈現(xiàn)出光強(qiáng)的不均勻分布。通常將觀察屏上的不均勻光強(qiáng)分布稱為衍射圖樣。如圖9-1所示，讓一個(gè)足夠亮

38、的點(diǎn)光源S發(fā)出的光透過(guò)一個(gè)圓孔，照射到屏幕K上，并且逐漸改變圓孔的大小，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)圓孔足夠大時(shí)，在屏幕上看到一個(gè)均勻光斑，光斑的大小就是圓孔的幾何投影(圖3-1(a)；隨著圓孔逐漸減小，起初光斑也相應(yīng)地變小，而后光斑開(kāi)始模糊，并且在圓斑外面產(chǎn)生若干圍繞圓斑的同心圓環(huán)(圖3-1(b)，當(dāng)使用單色光源時(shí)，這是一組明暗相間的同心環(huán)帶，當(dāng)使用白色光源時(shí)，這是一組色彩相間的彩色環(huán)帶；此后再使圓孔變小，光斑及圓環(huán)不但不跟著變小，反而會(huì)增大起來(lái)。這就是光的衍射現(xiàn)象。圖9-1 光的衍射現(xiàn)象 由于光學(xué)儀器的光瞳通常是圓形的，因而討論圓孔衍射現(xiàn)象對(duì)光學(xué)儀器的應(yīng)用，具有重要的實(shí)際意義。 夫朗和費(fèi)圓孔衍射的討論方法

39、與矩形孔衍射的討論方法相同，只是由于圓孔結(jié)構(gòu)的幾何對(duì)稱性，采用極坐標(biāo)處理更加方便。如圖9-2所示，設(shè)圓孔半徑為a, 圓孔中心O1位于光軸上，則圓孔上任一點(diǎn)Q的位置坐標(biāo)為1、1，與相應(yīng)的直角坐標(biāo)x1、y1的關(guān)系為圖9-2夫朗和費(fèi)圓孔衍射光路x1=1cos1y1=1 sin1類似地，觀察屏上任一點(diǎn)P的位置坐標(biāo)、與相應(yīng)的直角坐標(biāo)的關(guān)系為 由此，P點(diǎn)的光場(chǎng)復(fù)振幅在經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換后為式中 是衍射方向與光軸的夾角，稱為衍射角。在這里，已利用了sin的近似關(guān)系。根據(jù)零階貝塞爾函數(shù)的積分表示式可將P點(diǎn)的光場(chǎng)復(fù)振幅變換為 可得式中，J1(x)為一階貝塞爾函數(shù)。因此，P點(diǎn)的光強(qiáng)度為 由上式，可以得到夫朗和費(fèi)圓孔衍射

40、的如下特點(diǎn)： (1) 衍射圖樣由于=ka，夫朗和費(fèi)圓孔衍射的光強(qiáng)度分布僅與衍射角有關(guān)(或者，由于=/f，僅與有關(guān))，而與方位角坐標(biāo)無(wú)關(guān)。這說(shuō)明，夫朗和費(fèi)圓孔衍射圖樣是圓形條紋(圖9-3)。 圖9-3 圓孔夫朗和費(fèi)衍射圖樣圖 9-3 夫朗和費(fèi)圓孔衍射光強(qiáng)度分布(2) 衍射圖樣的極值特性由貝塞爾函數(shù)的級(jí)數(shù)定義，可將P點(diǎn)的光強(qiáng)度表示為該強(qiáng)度分布曲線如圖9-3所示。當(dāng)=0時(shí)，即對(duì)應(yīng)光軸上的P0點(diǎn)，有I=I0，它是衍射光強(qiáng)的主極大值。當(dāng)滿足J1()=0 時(shí)，I=0，這些值決定了衍射暗環(huán)的位置。在相鄰兩個(gè)暗環(huán)之間存在一個(gè)衍射次極大值，其位置由滿足下式的值決定：這些次極大值位置即為衍射亮環(huán)的位置。上式中，J

41、2()為二階貝塞爾函數(shù)。表9-1列出了中央的幾個(gè)亮環(huán)和暗環(huán)的值及相對(duì)光強(qiáng)大小。表9 1圓孔衍射的光強(qiáng)分布(3) 愛(ài)里斑由表9-1 可見(jiàn)，中央亮斑集中了入射在圓孔上能量的83.78%，這個(gè)亮斑叫愛(ài)里斑。愛(ài)里斑的半徑0由第一光強(qiáng)極小值處的值決定，即因此或以角半徑0表示 愛(ài)里斑的面積為 式中，S為圓孔面積?？梢?jiàn)，圓孔面積愈小，愛(ài)里斑面積愈大，衍射現(xiàn)象愈明顯。 只有在S=0.61f 時(shí)，S0=S。 十、光的矩形孔衍射1. 夫朗和費(fèi)矩形孔衍射 對(duì)于如圖所示的夫朗和費(fèi)衍射裝置，若衍射孔是矩形孔，則在透鏡焦平面上觀察到的衍射圖樣如圖10-2所示。這個(gè)衍射圖樣的主要特征是衍射亮斑集中分布在兩相互垂直的方向上(

42、x軸和y軸)，并且x軸上的亮斑寬度與y軸上亮斑寬度之比，恰與矩形孔在兩個(gè)軸上的寬度關(guān)系相反。 圖10-1 夫朗和費(fèi)衍射裝置 圖10-2 夫朗和費(fèi)矩形孔衍射圖樣圖10-3是夫朗和費(fèi)矩形孔衍射裝置的光路圖。透鏡焦平面上P(x,y)點(diǎn)的光場(chǎng)復(fù)振幅為 圖10-3 夫朗和費(fèi)矩形孔衍射光路式中，是觀察屏中心點(diǎn)P0處的光場(chǎng)復(fù)振幅；a、b分別是矩形孔沿x1、y1軸方向的寬度；、分別為 則在P(x,y)點(diǎn)的光強(qiáng)度為 式中，I0是P0點(diǎn)的光強(qiáng)度，且有I0=|Cab|2。(1) 衍射光強(qiáng)分布對(duì)于沿x軸的光強(qiáng)度分布，因y=0，有 當(dāng)=0 時(shí)(對(duì)應(yīng)于P0點(diǎn))，有主極大，IM/I0=1。在=m (m=±1,&#

43、177;2,)處，有極小值，IM=0，與這些值相應(yīng)的點(diǎn)是暗點(diǎn)，暗點(diǎn)的位置為 相鄰兩暗點(diǎn)之間的間隔為在相鄰兩個(gè)暗點(diǎn)之間有一個(gè)強(qiáng)度次極大，次極大的位置由下式?jīng)Q定: 即這一方程可以利用圖解法求解。如圖10-4所示，在同一坐標(biāo)系中分別作出曲線F=tan和F=，其交點(diǎn)即為方程的解。在圖10-4中還給出了沿x方向的光強(qiáng)度分布。 圖10-4 用作圖法求衍射次極大夫朗和費(fèi)矩形孔衍射在y軸上的光強(qiáng)度分布由 決定，其分布特性與x軸類似。(2) 中央亮斑矩形孔衍射的光能量主要集中在中央亮斑處，其邊緣在x、y軸上的位置是中央亮斑面積為 該式說(shuō)明，中央亮斑面積與矩形孔面積成反比，在相同波長(zhǎng)和裝置下，衍射孔愈小，中央亮斑

44、愈大，但是，由可見(jiàn)，相應(yīng)的P0點(diǎn)光強(qiáng)度愈小。 (3) 衍射圖形狀當(dāng)孔徑尺寸a=b，即為方形孔徑時(shí)，沿x、y方向有相同的衍射圖樣。當(dāng)ab，即對(duì)于矩形孔徑，其衍射圖樣沿x、y方向的形狀雖然一樣，但線度不同。例如，a<b時(shí)，衍射圖樣沿x軸亮斑寬度比沿y軸的亮斑寬度大，如圖10-2所示。 附錄：1課程大綱光學(xué)仿真課程設(shè)計(jì)課程教學(xué)大綱Optics Simulation Project課程編碼：DZ230070 適用專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)先修課程：光學(xué) 學(xué) 分 數(shù)：2總學(xué)時(shí)數(shù)：60 實(shí)驗(yàn)（上機(jī)）學(xué)時(shí)：60考核方式：系考執(zhí) 筆 者：劉娟、李曉莉 編寫(xiě)日期：2012年12月一、課程性質(zhì)和任務(wù)本課程是針對(duì)電

45、子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生所開(kāi)的實(shí)踐課。通過(guò)該實(shí)踐課程的學(xué)習(xí),可以使學(xué)生對(duì)光學(xué)的基本原理有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),加強(qiáng)了對(duì)光學(xué)理論的掌握,提高動(dòng)手能力和分析能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及以后的工作、科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。二、課程教學(xué)內(nèi)容和要求利用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)典型光學(xué)過(guò)程的仿真，鞏固和應(yīng)用光學(xué)課程的基本理論和方法，初步掌握仿真設(shè)計(jì)和調(diào)試的相關(guān)基本方法。具體內(nèi)容包括：光的電磁理論仿真：利用菲涅爾公式計(jì)算光的反射折射、光的偏振、光的時(shí)域頻譜分析、波群的仿真等。光的干涉仿真：雙光束分波前干涉、雙光束分振幅干涉、多光束干涉、薄膜干涉的仿真及空間相干、時(shí)間相干等。光的衍射仿真：菲涅爾衍射、夫瑯和費(fèi)衍射等。三、各教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)時(shí)分配 項(xiàng)目章節(jié)主要內(nèi)容學(xué)時(shí)分配講課習(xí)題課實(shí)驗(yàn)上機(jī)合計(jì)第二章光的電磁理論18第三章光的干涉18第四章光的衍射24合計(jì)60四、實(shí)驗(yàn)部分教學(xué)內(nèi)容和要求：（含課內(nèi)實(shí)驗(yàn)的課程填寫(xiě)本部分）1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及學(xué)時(shí)分配其中：演示性實(shí)驗(yàn)%，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)30%，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)30%，綜合性實(shí)驗(yàn) 40 %序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型演示驗(yàn)證設(shè)計(jì)綜合1光波偏振態(tài)的仿真對(duì)兩相互垂直偏振態(tài)的合成進(jìn)行計(jì)算，繪出電