物理光学仿真计算方法

课程编码：2802270803X2P3002 英文名称：Computational Methods in Physical Optics 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业课 主讲教师：赵旺等

课程将结合物理光学原理、线性代数方法、以及现代计算技术三个方面，详细讲解该领域内的基础仿真算法。课程除了通过经典的课堂授课形式推导物理光学原理外，还将通过实机编程操作的形式直接展示如何实现特定算法，以此令参与者完全掌握由原理到算法实现的全过程。

微积分基础、傅里叶变换、常微分方程、线性代数

第一章 物理光学仿真概念简介 2学时 赵旺
第1节 物理光学仿真与几何光学方法
第2节 电磁场解法的联系与区别
第二章 数学基础准备 4学时 赵旺
第1节 标量、矢量、矩阵，以及他们与光学中物理量的对应关系
第2节 基础线性代数运算与主流算法库介绍
第3节 傅里叶变换的算法、意义，及其重要性质讨论
第4节 算法复杂度初步介绍
第三章 麦克斯韦方程与电磁场表征 4学时 赵旺
第1节 不同物理域中的麦克斯韦方程
第2节 实数和复数电磁场表征方式，及其联系和区别
第3节 光作为电磁场的本征属性及其数学表达
第4节 数值计算中的电磁场数据结构以及示例
第四章 均匀介质中电磁场的本征解 4学时 何星
第1节 线性光学中的本构关系和电磁场方程
第2节 空间频率域中的电磁场常微分方程形式
第3节 均匀介质中的本征解、及其物理意义
第4节 本征解法概念的推广
第五章 电磁场的传播与衍射效应 6学时 何星
第1节 任意光场在空间频率域中的表达（分解与合成）
第2节 衍射传播与空间频率滤波效应
第3节 平面波角谱传播算法
第4节 基于快速傅里叶变换的角谱传播算法简单示例
第5节 菲涅尔傍轴近似传播算法
第6节 弗朗禾费远场近似传播算法
第六章 菲涅尔方程、多层膜系和散射矩阵 6学时 何星
第1节 电磁场的连续性与边界条件
第2节 单平面界面上的应用：菲涅尔方程
第3节 多层膜系统以及分界面上的边界条件在空间频率域中的分析
第4节 均匀介质中的本征解和边界条件的联合使用
第5节 散射矩阵的物理意义及其在数值计算中的优势
第6节 散射矩阵算法的简单示例
第七章 周期性结构与光栅衍射问题 6学时 赵旺
第1节 薄元件近似（标量近似）算法概念及其局限
第2节 光栅问题在空间频率域中的分析
第3节 一维周期性问题中的横电与横磁模式解耦
第4节 一维周期性结构中电磁场的本征解
第5节 周期性结构本征解与散射矩阵法的结合使用
第6节 精确耦合波（傅里叶模态）算法的简单示例

主讲教师：
何星，副研究员，硕士生导师，中国科学院西部青年学者，四川省科技青年联合会会员。长期从事激光光束质量控制技术研究，参与多项GF科技创新特区、JKW预研项目，获省部级科技进步一等奖1项。在《Applied Optics》、《IEEE Photonics Journal》等期刊发表论文10余篇，申请国家发明专利20余项。
赵旺，青年研究员，硕士生导师，中国科学院青年创新促进会会员、四川省科技青年联合会会员。长期从事激光大气传输自适应光学补偿技术研究，参与多项GF科技创新特区、ZF预研项目，主持设计了国内首套基于变形主镜的自适应光学望远镜。在《Optics Express》、《Optics Communications》、《Applied Optics》等期刊发表论文20余篇，申请国家发明专利30余项。