Основы моделирования оптических структур

Вид материала

Документы

Содержание Содержание курса Темы заданий Темы рефератов Темы контрольных работ Контрольная работа № 2. Итоговый контроль знаний.

Подобный материал:

• Аннотация дисциплины «основы математического моделирования», 29.01kb.
• Программа курса «Основы математического моделирования» Осень 2007, 25.35kb.
• Курс «Основы математического моделирования» реализуется в рамках специальностей 0647, 117.15kb.
• Регулярные методы и алгоритмы расчета обратных задач в моделях оптических структур, 77.21kb.
• Факультет Биоинженерии и Биоинформатики Построение трёхмерных структур апоформ флуоресцентных, 430.97kb.
• Календарный план учебных занятий по дисциплине «Математический синтез оптических покрытий»., 39.56kb.
• Лекция: Анализ и моделирование функциональной области внедрения ис: Основные понятия, 234.94kb.
• Основы компьютерного проектирования и моделирования рэс, 34.5kb.
• Утвержден и введен в действие информационным письмом от 27., 1114.54kb.
• Оптические устройства, 697.92kb.

ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СТРУКТУР

Кафедра систем телекоммуникаций, факультет физико-математических и естественных наук

Направление «Математика. Компьютерные науки»

Дисциплина по выбору

Трудоемкость – 3 кредита, 2 часа лекций в неделю

Цель курса

Целью курса является формирование у студентов четкого представления об основных принципах функционирования современных дифракционных оптических элементов и устройств, тонкопленочных многослойных покрытий; о законах взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с материалом.

В процессе преподавания курса решается задача изучения способов и возможностей математического синтеза и компьютерного проектирования дифракционных оптических покрытий. Полученные знания закрепляются на примерах изучения конкретных дифракционных оптических элементов и многослойных покрытий со сложной геометрией.

Содержание курса

Тема 1. Основы моделирования оптических структур. Геометрическая оптика, скалярная волновая оптика, векторная оптика уравнений Максвелла. Примеры оптических изображений и приборов. Последние достижения в моделировании оптических устройств, впечатляющие успехи в технологии создания оптических структур.

Тема 2. Необходимые формулы векторной алгебры и векторного анализа.

Система уравнений Максвелла, материальные уравнения связи. Интегральная формулировка уравнений Максвелла, граничные условия. Волновые уравнения для напряженностей электрического и магнитного полей. Решения волнового уравнения, монохроматическое поле и его характеристики. Формализм комплексных амплитуд. Уравнение Гельмгольца. Наблюдаемые величины при сложении полей.

Тема 3. Электромагнитная плоская волна общего вида. Вектор Пойнтинга и закон сохранения энергии электромагнитного поля. Поперечность плоских монохроматических электромагнитных волн в однородной среде, волновой вектор, показатель преломления.

Поляризация плоских монохроматических электромагнитных волн

Тема 4. Прохождение света через границу раздела двух сред: закон преломления, закон отражения, полное внутреннее отражение. Формулы Френеля, соотношения между амплитудами падающих, преломленных и отраженных волн. Нормальное падение, угол Брюстера, просветление оптики.

Положительный и отрицательный индекс преломления, метаматериалы.

Тема 5. Линейная и круговая поляризация. Представление комплексного параметра. Вектор Джонса. Распространение света в анизотропных средах. Диэлектрический тензор анизотропной среды. Распространение плоских монохроматических электромагнитных волн в диэлектричеки анизотропной среде.

Эллипсоид показателей преломления. Фазовая скорость, групповая скорость, скорость переноса энергии. Классификация анизотропных сред. Двойное лучепреломление плоских монохроматических электромагнитных волн на границе анизотропного кристалла.

Тема 6. Распространение света в двуосных кристаллах. Оптическая активность. Фарадеево вращение. Анализ распространения плоских монохроматических электромагнитных волн в диэлектричеки анизотропной среде методом связанных мод. Уравнения движения для состояния поляризации.

Тема 7. Прохождение плоской монохроматической поляризованной электромагнитной волны через однослойное или многослойное изотропное или анизотропное оптическое покрытие.


Темы заданий


Комплексные числа и операции с ними

Основные формулы векторного анализа

Диагонализация матриц и тензоров

Теоремы Стокса и Гаусса-Остроградского

Одномерные, двумерные и трехмерные волновые уравнения


Темы рефератов


Оптические дифракционные решетки (одномерные, двумерные и трехмерные).

Жидко-кристаллические ячейки (хиральные ячейки).

Ячейки для солнечных батарей.

Фотоизлучающие диоды.

Зеркала из многослойных оптических покрытий.


Темы контрольных работ

Промежуточный контроль знаний

Контрольная работа № 1.

Теоретические вопросы.

Формулы Френеля, соотношения между амплитудами падающих, преломленных и отраженных волн.


Контрольная работа № 2.

Теоретические вопросы.

Распространение плоских монохроматических электромагнитных волн в диэлектричеки анизотропной среде.


Итоговый контроль знаний.

Теоретические вопросы.

Теоретические вопросы по всему курсу.


Литература

Обязательная

1. М.Борн,Э.Вольф. Основы оптики. – М.: Наука, 1973, 721 с.
   
2. Терлецкий Я.П., Рыбаков Ю.П. Электродинамика. М.: Высш. шк., 1990.
   
3. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Том IV. Оптика. - М.: Физматлит, 1985, 792 с.
   

Дополнительная

1. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М. Мир.1983.
   

Программу составили

Севастьянов Леонид Антонович,

Доктор физико-математических наук, профессор,

Ловецкий Константин Петрович,

Кандидат физико-математических наук, доцент,

Кафедра систем телекоммуникаций,

Факультет физико-математических и естественных наук.