《光学仿真课程设计》指导书.docVIP

PAGE 电子科学与技术专业 《光学仿真课程设计》指导书 西安邮电大学光电子技术系 2013年5月 目录 TOC \o 1-3 \h \z \u （一）课程目的及要求 《光学仿真课程设计》是电子科学与技术专业三年级第一学期所开设的为期两周、2个学分的集中实践环节必修课程。通过该实践课程的学习，可以使学生对光学的基本原理有进一步的认识和理解，加强学生对光学理论的掌握，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，提高学生动手能力，为后续课程的学习以及未来的工作、科学研究打下一定的基础。 《光学仿真课程设计》利用计算机程序语言，设计、实现典型光学过程的仿真，巩固和应用《光学》课程的基本理论和方法，初步掌握仿真设计和调试的相关基本方法。具体内容包括： 光的电磁理论仿真：利用菲涅尔公式计算光的反射折射、光的偏振、光的时域频谱分析、波群的仿真等。 光的干涉仿真：双光束分波前干涉、双光束分振幅干涉、多光束干涉、薄膜干涉的仿真及空间相干、时间相干等。 光的衍射仿真：菲涅尔衍射、夫琅和费衍射等。 《光学仿真课程设计》要求学生在给定的时间内独立完成选定的题目，并完成报告。 （二）实施管理办法 1宣讲： 在课程设计开始前一周，给学生介绍课程设计的基本情况，包括要求、考核，介绍题目基本情况。 2选题： 课程设计开始第一天，根据要求选题。 3过程管理： 每一个设计题目按照如下流程进行： 第一阶段：原理检查 学生填写过程检查表中原理概述部分，指导老师结合提问检查学生对题目所设计理论的掌握情况； 第二阶段：设计流程检查 学生填写过程检查表中流程图部分，指导老师结合提问检查学生实现仿真分析的思路和流程； 第三阶段：验收 学生完成仿真分析后，指导老师通过提问、运行程序等方式检查仿真结果，填写过程检查表中结果验收部分，对学生完成质量、效果做出评价。 4成绩评定 指导老师根据学生在课程设计期间的学习态度、出勤、劳动、纪律、题目完成情况、回答问题及报告等的总体进行考核，分值比例：第一周35%，第二周35%，报告30%。 （三）课程设计题目 一、光波偏振态的仿真 目的： 通过对两相互垂直偏振态的合成 1．掌握圆偏振、椭圆偏振及线偏振的概念及基本特性； 2．掌握偏振态的分析方法。 任务与要求： 对两相互垂直偏振态的合成进行计算，绘出电场的轨迹。要求计算在?=0、?=?/4、?=?/2、?=3?/4、?=?、?=5?/4、?=3?/2、?=7?/4时，在Ex=Ey及Ex=2Ey情况下的偏振态曲线并总结规律。 二、光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真 目的： 1．掌握反射系数及透射系数的概念； 2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律； 3．掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。 任务与要求： 对n1=1、n2=1.52及n1=1.52、n2=1的两种情况下，分别计算反射光与透射光振幅和相位的变化，绘出变化曲线并总结规律。 三、光波场的时域频谱分析 目的： 1．掌握单色光、复色光的概念； 2．掌握准单色光的概念及光波频谱宽窄的影响因素。 任务与要求： 对常见光波 ①无限长等幅振荡 ②持续有限时间的等幅振荡，持续时间为1ns、1ms、1s、10s、100s ③指数衰减振荡E(t)=e-?te-i2???，(t≥0)，?=0、1、5、10、100 进行傅里叶变换计算并绘出频谱图，总结影响频谱宽窄的因素。等时间进行计算， 四、多个单色波的叠加，波群的仿真 目的： 通过三个或三个以上频率相近的光波进行叠加计算，掌握波群及群速度的概念。 任务与要求： 对三个或三个以上频率相近的光波进行叠加计算， 计算?1=500nm，①?2,3=500?0.1nm、②?2,3=500?1nm、③?2,3=500?10nm、④?2,3=500?20nm、⑤?2,3=500?100nm时的合成波。绘出光波的传输图，总结波群的形成机理及条件。 要求 1．计算无色散的情况，n500=1.58； 2．存在色散时，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．色散加倍时的情况。 五、双光束干涉的仿真 目的： 1．掌握光的相干条件； 2．掌握分波阵面双光束干涉的特点。 任务与要求： 对双缝干涉进行计算，分别绘出单色光和复色光（白光）的干涉条纹，总结双缝干涉的特点。 六、平行平板多光束干涉的仿真 目的： 通过对平行平板多光束干涉的计算： 1．掌握等倾干涉的概念； 2．掌握干涉特点及条纹锐度，自由光谱范围及滤波特性等概念。 任务与要求： 对单色光（600nm）与复色光（两种