光学电磁理论及应用

课程编码：180081070207P2001H 英文名称：Theory and Application of Electromagnetic Field in Optics 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：李玉同等

本课程是光学专业研究生的专业核心课，是普通物理光学课程和电动力学课程的延续和提高课程。课程从电磁场理论出发，通过麦克斯韦方程组求解连续光与脉冲光在不同介质以及不同边界条件下的传播过程，并通过理论与现代光电信息技术中的许多典型应用实例以及相关技术相结合，为今后的科研及教学打下基础。

光学，电动力学

第一章 电磁理论基础 4学时 鲁欣
第1节 引言
第2节 光学电磁理论的应用背景
第3节 光学电磁理论的基本方程
第二章 光的偏振效应和琼斯矩阵表示 4学时 奚婷婷
第1节 引言
第2节 光波偏振态的琼斯矩阵表示
第3节 基本偏振器件的变换矩阵
第4节 偏振干涉滤波器的计算
第三章 衍射 5学时 奚婷婷
第1节 引言
第2节 衍射的基本定理
第3节 平面波角谱的衍射理论
第4节 菲涅尔近似与夫琅和费近似
第5节 焦点附近的光场分布
第四章 光波在分层介质中的传播 4学时 奚婷婷
第1节 介质界面上的反射和折射定律
第2节 菲涅尔公式
第3节 对菲涅尔公式的讨论
第4节 全反射、倏逝波
第五章 光波在介质波导中的传播 4学时 奚婷婷
第1节 薄膜介质波导一般概念
第2节 射线法分析薄膜波导
第3节 用电磁理论求解薄膜介质波导
第4节 介质薄膜波导中的场分布
第5节 介质平面波导中的传输功率
第六章 光波在周期性介质中的传播 3学时 奚婷婷
第1节 周期性介质介绍
第2节 光在周期性介质中传播的简正模理论
第3节 光在周期性介质中传播的耦合模理论
第七章 脉冲光在色散介质中的传输 4学时 鲁欣
第1节 引言
第2节 色散的基本概念
第3节 平面波脉冲在色散介质中的传输
第4节 无色散介质
第5节 一阶色散
第6节 二阶色散
第7节 高斯脉冲的传输
第8节 三阶色散
第八章 脉冲光在非线性介质中的传输 4学时 鲁欣
第1节 概述
第2节 脉冲光在三阶非线性介质中的传输
第3节 脉冲光束的非线性传输
第九章 超短激光脉冲的成丝 6学时 鲁欣
第1节 成丝现象的产生
第2节 成丝现象的物理模型
第3节 高阶非线性效应的影响
第4节 碰撞电离
第5节 飞秒激光成丝过程中的物理现象
第6节 光丝参数的诊断方法
第7节 飞秒激光大气传输的潜在应用
第8节 脉冲光束非线性传输方程的数值解法
第十章 光在各向异性介质中的传播 4学时 鲁欣
第1节 光学各向异性
第2节 单轴晶体的折射率椭球
第3节 双折射
第4节 基于双折射的偏振控制
第十一章 晶体的二阶非线性光学现象 6学时 鲁欣
第1节 二阶非线性电极化率
第2节 三波混频
第3节 光的二次谐波
第4节 实现相位匹配的方法
第5节 光的参量转换
第6节 光波传播的控制
第7节 有限光束在二阶非线性介质中的传输
第8节 空间孤子的产生
第十二章 光学电磁理论在物理学若干前沿领域中的应用 12学时 李玉同
第1节 强激光的快速进展和带来的研究机遇
第2节 啁啾脉冲放大技术中的光学原理和概念
第3节 等离子体的基本概念和光学诊断方法
第十三章 期末考试 2学时 李玉同
第1节 期末考试

李玉同，研究员，中科院光物理重点实验室主任，中国物理学会光学专业委员会主任，L05课题组长，国家杰出青年基金获得者(2009)。曾多次在英国卢瑟福实验室、日本大阪大学、美国利弗莫尔实验室等单位进行合作研究和访问。主要从事超短超强激光与物质相互作用和高能量密度物理研究。代表性成果包括提出了利用强激光-固体靶相互作用产生太赫兹辐射的新机制并进行了实验演示，创造了太赫兹单脉冲能量新世界纪录；与合作者一起，在国内开辟了实验室天体物理新方向；首次在实验上实现了沿靶面发射的超热电子束，对理解激光和物质相互作用超热电子束流的产生和输运有重要意义。2000年以来，在国内外学术刊物发表SCI论文200余篇（其中10篇Physical Review Letters，2篇Nature Physics,1篇PNAS），国际会议大会和邀请报告50多次。荣获2006年国家自然科学二等奖、2007年中国科学院杰出成就奖、2011年中国物理学会王淦昌物理奖、2016年度中国科学院优秀导师奖、2018年求是杰出科技成就集体奖、研究成果入选2011年中国科学十大进展、中国光学重要成果等奖项和荣誉。在超快激光与物质相互作用领域具有一定国际影响力，在Reviews of Modern Plasma Physics (Springer Science Business Media)、High Power Laser Science and Engineering (Cambridge University Press) 、Matter and Radiation at Extremes (Elsevier)、International Conference on High Energy Density Laboratory Astrophysics执行委员会等多个国内外学术机构和期刊任职。

鲁欣，男，1973年出生，博士，中国科学院物理研究所副研究员，长期从事飞秒激光脉冲在大气中成丝传输的机理研究和相关应用研究工作，主持完成多项国家自然科学基金和专项课题。国际上首次揭示了飞秒光丝的相互作用机理；首次精确测量了紧聚焦飞秒激光脉冲在空气中产生的等离子的密度；首次利用全多通放大的方法实现了较大数量, 短间隔且强度均匀的飞秒激光脉冲序列, 并利用飞秒激光脉冲序列产生了准稳态的等离子体通道； 开创性地采用电磁感应方法精确测量了光丝的电子密度及其时间演化过程。 以第一作者、通讯作者和主要作者身份在国际知名的物理和光学期刊上发表论文二十余篇。

奚婷婷，中国科学院大学物理科学学院副教授。从事高功率飞秒激光在非线性介质中成丝传输的理论研究工作，在飞秒激光成丝机理和优化控制，超连续辐射增强，以及三次谐波的产生等方面进行了深入的研究，发表了Physical Review Letters, Physical Review E等学术论文20余篇。