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光学电磁理论及应用  021M1006H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:一级学科核心课 | 任课教师:李玉同等
课程编号: 021M1006H 课时: 50 学分: 3.0
课程属性: 一级学科核心课 主讲教师:李玉同等
英文名称: Theory and Application of Electromagnetic Field in Optics

教学目的、要求

本课程为光学、原子分子物理以及相关专业研究生的专业课。本课程从电磁场理论出发,用麦克斯韦方程组对不同介质以及不同边界条件下的光场求解,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。

预修课程

光学,量子力学

教 材

1. 光学电磁理论,陈军编著,科学出版社. 2. 光的电磁理论-光波的传播与控制,石顺祥等编著,西安电子科技大学出版社. 3. 高等物理光学,羊国光,宋菲君编著,中国科学技术大学出版社.

主要内容

第一章	光的电磁理论基础(4个学时)
介绍光学电磁理论的数学物理基础,包括麦克斯韦方程组及边条件,傅立叶变换及卷积以及平面波角谱方法。其中平面波角谱的方法是重点和难点。
第二章	光的偏振效应和琼斯矩阵表示(4个学时)
光波偏振态的琼斯矩阵表示,基本偏振器件的变换矩阵,琼斯矩阵在光学偏振系统中的应用。其中琼斯矩阵的应用是重点和难点。
第三章	衍射(6个学时)
菲涅尔近似与夫琅和费近似,自成像的产生及应用,焦点附近的光场,高斯光束的衍射以及无衍射Bessel光束的产生及应用。其中重点在菲涅尔近似与夫琅和费近似在光学电磁理论中的应用,自成像的产生和应用是难点。
第四章	光波在分层介质中的传播(4个学时)
矢量形式的折、反射定律,菲涅尔公式,消逝波的产生及应用。其中消逝波的产生和应用是重点和难点。
第五章	光波在非均匀介质中的传播(6个学时)
光波在周期性介质中的布洛赫定理,简正模理论,耦合模理论以及布喇格反射镜的求解。其中布洛赫定理的介绍是重点,布喇格反射镜的求解是难点。
第六章	光波在介质波导中的传播(4个学时)
射线分析法求解薄膜介质波导,电磁理论法求解薄膜波导,薄膜波导中的场分布,截止波长及传输功率的计算,圆形介质波导的一般概念。其中薄膜波导中的场分布及截止波长的计算为重点和难点。
第七章	强激光的非线性传输(6个学时)
群速度色散,自相位调制,交叉相位调制,自聚焦,飞秒激光的成丝现象。其中群速度色散和自聚焦是讲授的重点和难点。
第八章	光学电磁理论常用数值解法(4个学时)
介绍光学电磁理论常用的两种数值解法:求解麦克斯韦方程组的FDTD方法,求解非线性薛定谔方程的分布傅立叶法。两种数值解法的应用为重点和难点。
第九章	光学电磁理论在物理学若干前沿领域中的应用(10个学时)
光在等离子体介质中传输:色散关系,临界密度等概念,有质动力,尾波场,强场引起的电离,基于飞秒激光的太赫兹辐射产生等。
第十章	综述(2个学时)
对各章进行总结综述。

教学手段与方法(楷体小四加粗):(宋体5号)
通过多媒体讲义与课堂板书结合来讲解。其中介绍光学电磁理论的应用部分主要依靠多媒体讲义。
考核方式(楷体小四加粗):(宋体5号)
闭卷考试。

参考文献

1.Nonlinear Fiber Optics, Govind P. Agrawal, Academic Press.
2. Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies, D. Schurig et al., Science 314, 977 (2006).
3. Optical Spatial Solitons and Their Interactions: Universality and Diversity, G. I. Stegeman, et al., Science 286, 1518 (1999).

授课时间: 星期五, 第1、2、3节
授课地点: 教1-109
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22

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