python光學仿真相速度和群速度計算理解學習
發(fā)布日期：2021-12-23 00:36 | 文章來源：gibhub
從編程的角度來說，波動光學在某些情況下可以簡單地理解為在光線模型的基礎上，引入一個相位項。
波動模型
一般來說，三個特征可以確定空間中的波場：頻率、振幅和相位，故光波場可表示為：
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D z = np.arange(15,200)*10 #單位為nm x = np.arange(15,200)*10 x,z = np.meshgrid(x,z)#創(chuàng)建坐標系 E = 1/np.sqrt(x**2+z**2)*np.cos(2*np.pi*np.sqrt(x**2+z**2)/(532*1e-9)) fig = plt.figure() ax = Axes3D(fig) ax.plot_surface(x,z,E) plt.show()
其結果如圖所示
相速度
該式表示各等相位面前進的速度，為相速度。
群速度
假設兩列波的波長分別為532nm和600nm，則在同一時刻，不同位置處的光波振幅可通過python畫出
def wavePacket(d = [532e-9,600e-9]): d = np.array(d) k = 2*np.pi/d #波數(shù) dk = k[0]-k[1] #波數(shù)差 bk = k[1]+dk/2 #平均波數(shù) z = np.arange(10000)/1e9 #位置為0到10um E0 = np.cos(-k[0]*z) E1 = np.cos(-k[1]*z) E = E0+E1 #E = 2*np.cos(-dk/2*z)*np.cos(-bk*z) fig = plt.figure() plt.plot(z,E0,'--',color='red',label='E0') plt.plot(z,E1,'--',color='blue',label='E1') plt.plot(z,E,'-',color='green',label='E') plt.legend() plt.show()
可見每間隔一段距離或者時間就會出現(xiàn)一個比較大的振幅，其極大間隔可以通過表達式求出
為群速度，表示波包的傳播速度。
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