python光學(xué)仿真相速度和群速度計算理解學(xué)習(xí)

更新時間：2021年10月20日 09:57:56 作者：微小冷

從物理學(xué)的機(jī)制出發(fā)，波動模型相對于光線模型，顯然更加接近光的本質(zhì)；但是從物理學(xué)的發(fā)展來說，波動光學(xué)旨在解決幾何光學(xué)無法解決的問題，可謂光線模型的一種升級

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：

img/py2.png

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(biāo)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(jié)果如圖所示

在這里插入圖片描述

相速度

在這里插入圖片描述

該式表示各等相位面前進(jìn)的速度，為相速度。

群速度

在這里插入圖片描述

假設(shè)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()

在這里插入圖片描述

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(dá)式求出

在這里插入圖片描述

為群速度，表示波包的傳播速度。

以上就是python光學(xué)仿真相速度和群速度理解學(xué)習(xí)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于python光學(xué)仿真相速度和群速度的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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