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【醫(yī)院呼叫系統(tǒng)廠家】電場(chǎng)的波動(dòng)方程-光通信基礎(chǔ)

2023-10-21 09:16

       科學(xué)家必須在龐雜的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中抓住某些可用精確公式來表示的普遍特征,由此探求自然界的普遍原理。

                              ——愛因斯坦(A.Einstein)

       光是一種電磁波,即由密切相關(guān)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)交替變化形成的一種偏振橫波,它是電波和磁波的結(jié)合。它的電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨時(shí)間不斷地變化,分別用Ex和Hy表示,在空間沿著z方向并與z方向垂直向前傳播,這種波稱為行波,如圖2.2.1所示。由于電磁感應(yīng),當(dāng)磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),會(huì)產(chǎn)生與磁通量的變化成比例的電場(chǎng);反過來,電場(chǎng)的變化也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)。并且Ex和Hy總是相互正交傳輸。最簡(jiǎn)單的行波是正弦波,沿z方向傳播的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中,Ex是時(shí)間t在z方向傳輸?shù)碾妶?chǎng);Eo是波幅;ω是角頻率;k是傳播常數(shù)或波數(shù),k=2π/λ,這里λ是波長;φo是相位常數(shù),它考慮到在t=0和z=0時(shí),Ex可以是零也可以不是零,這要由起點(diǎn)決定。(ωt-kz+φo)稱為波的相位,用?來表示。

圖2.2.1   電磁波是行波,電場(chǎng)Ex和磁場(chǎng)Hy隨時(shí)間不斷變化,在空間沿著z方向總是相互正交傳輸

       由電磁理論可知,隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)總是產(chǎn)生同頻率隨時(shí)間變化的電場(chǎng)(法拉第電磁感應(yīng)定律);同樣,隨時(shí)間變化的電場(chǎng)也總是產(chǎn)生同頻率隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)。因此電場(chǎng)和磁場(chǎng)總是以同樣的頻率和傳播常數(shù)(ω和k)同時(shí)相互正交存在,如圖2.2.1所示,所以也有與式(2.2.1)類似的磁場(chǎng)Hy行波方程,通常我們用電場(chǎng)Ex來描述光波與非導(dǎo)電材料(介質(zhì))的相互作用,下文凡提到光場(chǎng)就是指電場(chǎng)。

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