sympy光学元件

正弦波模型

物理光学中最核心的模型就是光的振动模型，可以表示为

$$A\cos (kx-\omega t+\varphi )$$

sympy.physics.optics.waves封装了横向正弦波模型，构造函数如下

TWave(amplitude, frequency=None, phase=0, time_period=None, n=n)

各参数含义如下：

• amplitude 光强
• frequency 频率$f$
• phase 相位角
• time_period 时间周期$\frac{1}{f}$
• n 介质折射率

这些构造参数同时也是TWave的属性，此外TWave还有其他属性

• angular_velocity 角频率，即$2\pi f$
• speed 光速
• wavelength 波长
• wavenumber 波数

光学元件

高斯光束在空间中传播，或者遇到分界面发生反射、折射，规律可用矩阵表示

类型	自由空间	平面反射	透镜	折射
矩阵	$\left[\begin{array}{cc}1& d\\ 0& 1\end{array}\right]$	$\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]$	$\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ -\frac{2}{R}& 1\end{array}\right]$	$\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \frac{n_1}{n_2}\end{array}\right]$
类	FreeSpace	FlatMirror	CurvedMirror	FlatRefraction(n1, n2)

sympy.phisics.optics.gaussopt对这四种情况均封装成类

• CurvedMirror(R) 透镜，$R$为曲率半径
• ThinLens(f) 薄透镜，$f=2R$为焦距，
• FlatMirror 平面镜
• FlatRefraction(n1, n2) 平面折射，n1, n2为介质分界处的折射率
• FreeSpace 自由空间模型
• RayTransferMatrix(*args) ABCD矩阵

如果这四种没有想要的，那么可以用ABCD创建一个光学矩阵。

$$\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right]$$

对于高斯光学来说，如果以光线传播为主要研究内容，那么高斯光束的束腰、波前曲率等参数是不必考虑的，换言之，射线模型足够解决很多问题

GeometricRay(*args)

• h
• angle
• matrix 即[height, angle]