电磁场(3-0-0) 先决条件:1. 数学-I 2. 数学-II 课程成果 课程结束时,学生将展示以下能力:1. 理解电磁学的基本定律。2. 在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3. 分析时变电场和磁场。4. 理解不同形式和不同介质中的麦克斯韦方程。5. 了解电磁波的传播。模块 1:(08 小时)坐标系与变换:笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标。矢量微积分:微分长度、面积和体积、线、表面和体积积分、Del 算子、标量的梯度、矢量散度与散度定理、矢量旋度与斯托克斯定理、标量的拉普拉斯算子。模块 2:(10 小时)静电场:库仑定律、电场强度、点电荷、线电荷、表面电荷和体积电荷产生的电场、电通量密度、高斯定律 - 麦克斯韦方程、高斯定律的应用、电势、E 和 V 之间的关系 - 麦克斯韦方程和电偶极子与通量线、静电场中的能量密度、电流和电流密度、点形式的欧姆定律、电流的连续性、边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程、唯一性定理、求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序、电容。模块 3:(06 小时)磁静场:磁场强度、毕奥-萨伐尔定律、安培电路定律-麦克斯韦方程、安培定律的应用、磁通密度-麦克斯韦方程。麦克斯韦静场方程、磁标量和矢量势。磁边界条件。模块 4:(10 小时)电磁场和波传播:法拉第定律、变压器和运动电磁力、位移电流、最终形式的麦克斯韦方程、时谐场。电磁波传播:有损电介质中的波传播、无损电介质中的平面波、自由空间、良导体功率和坡印廷矢量。教科书:
电磁场(3-0-0) 先决条件:1. 数学-I 2. 数学-II 课程成果 课程结束时,学生将展示以下能力:1. 理解电磁学的基本定律。2. 在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3. 分析时变电场和磁场。4. 理解不同形式和不同介质中的麦克斯韦方程。5. 了解电磁波的传播。模块 1:(08 小时)坐标系与变换:笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标。矢量微积分:微分长度、面积和体积、线、表面和体积积分、Del 算子、标量的梯度、矢量散度与散度定理、矢量旋度与斯托克斯定理、标量的拉普拉斯算子。模块 2:(10 小时)静电场:库仑定律、电场强度、点电荷、线电荷、表面电荷和体积电荷产生的电场、电通量密度、高斯定律 - 麦克斯韦方程、高斯定律的应用、电势、E 和 V 之间的关系 - 麦克斯韦方程和电偶极子与通量线、静电场中的能量密度、电流和电流密度、点形式的欧姆定律、电流的连续性、边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程、唯一性定理、求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序、电容。模块 3:(06 小时)磁静场:磁场强度、毕奥-萨伐尔定律、安培电路定律-麦克斯韦方程、安培定律的应用、磁通密度-麦克斯韦方程。麦克斯韦静场方程、磁标量和矢量势。磁边界条件。模块 4:(10 小时)电磁场和波传播:法拉第定律、变压器和运动电磁力、位移电流、最终形式的麦克斯韦方程、时谐场。电磁波传播:有损电介质中的波传播、无损电介质中的平面波、自由空间、良导体功率和坡印廷矢量。教科书:
极光现象本质上是动态的:观测到的事件具有丰富的结构,在空间和时间上都很复杂,具有科学上有趣的特征。虽然使用 CCD 或全天相机进行光学极光观测很常见,但极光在无线电频率 (RF) 下也具有有趣的发射特性,特别是在低频和高频波段。极光发射无线电观测器 (AERO) 是一颗 6U 立方体卫星,配备了新型电磁矢量传感器 (VS) 天线。VS 将瞄准 100 kHz - 15 MHz 测量波段内的极光发射,这使得人们能够研究有趣的发射类型,例如极光千米辐射 (20 kHz -750 kHz)、中频爆发 (1.6 MHz - 4.4 MHz) 和回旋加速器发射 (2.8 MHz - 3.0 MHz)。 VS 天线从立方体卫星框架展开后,两端之间的距离为 4 米,并展开形成电偶极子和磁环天线,这些天线的灵敏度足以探测这组不同的科学目标。拥有太空平台(例如 AERO 的矢量传感器天线)可将探测器定位在电离层等离子体频率之上,否则会限制对无线电发射的观测。AERO VS 天线的新测量需要一组背景数据来验证所得数据产品的保真度。AERO 包括一个称为辅助传感器包 (ASP) 的辅助有效载荷,它将使用背景光学和磁数据增强 VS 测量。AERO 背景光学测量的目标是检测多个光谱带中极光发射的存在,即 557 nm 的绿线发射和 630 nm 的红线发射。选择 AMS AG AS7262 6 通道可见光波段光谱光度计作为光学传感器。我们提出了一个辐射测量模型,用于评估 AS7262 传感器测量目标极光事件的能力。我们考虑了许多不同的测试场景,包括不同的参数,例如以瑞利为单位的极光源辐射度、航天器
1。电荷保护定律。库仑定律。电场强度。叠加原理。连续电荷分布的模型。均匀带电环和灯丝的电场强度。2。电场强度向量的通量。高斯定理用于静电场强度矢量。将高斯定理应用于点充电和平面。3。电场电位。点充电的电势。静电场载体与电势之间的关系。泊松方程。均匀带电的球体的潜力。4。电偶极子。点偶极子的场强和静电电势。外部电场中的电偶极子(力,扭矩,势能)。5。电容的概念。具有不同几何配置的电容器的示例。平行板电容器电容的推导。6。磁场B矢量。带有电流的生物萨瓦特 - 拉普拉斯定律的导体的磁场。具有直流电流的有限长度直导体的磁场。7。磁场矢量的循环定理。带有直流电的环中心的磁场。在长螺线管中的磁场表达。电感。8。电动力。DC电路中的功率。9。广义欧姆定律(差异和整体形式)。Joule-Lenz Law(差异和积分形式)。电磁场。麦克斯韦的方程式以整体和差异形式,其物理含义。不同单位系统中的基本电磁量和定律:SI,CGS和Gaussian。10。来自麦克斯韦方程的电磁平面波方程的推导。电磁平面波的横向性质,电场和磁场之间的关系,电场和磁场的相位振荡。11。平面谐波的极化状态。椭圆形,圆形和线性极化。偏振和自然光,MALUS定律,极化程度。12。光的衍射。 huygens-fresner原理:定义和数学表述。 菲涅耳螺旋,菲涅耳区板。 13。 通过圆形孔和圆形屏幕(菲涅耳区,菲涅耳螺旋)衍射14。 在不透明屏幕的直线边缘处的衍射。 cornu螺旋。 15。 fraunhofer衍射。 衍射模式的属性。 16。 光的干扰。 干扰形成,基本关系和干扰场的特征的条件。 干扰条纹的类型。 17。 电磁波的折射。 Snell定律的推导。 总内部反射。 18。 菲涅尔公式。 19。 20。光的衍射。huygens-fresner原理:定义和数学表述。菲涅耳螺旋,菲涅耳区板。13。通过圆形孔和圆形屏幕(菲涅耳区,菲涅耳螺旋)衍射14。在不透明屏幕的直线边缘处的衍射。cornu螺旋。15。fraunhofer衍射。衍射模式的属性。16。光的干扰。干扰形成,基本关系和干扰场的特征的条件。干扰条纹的类型。17。电磁波的折射。Snell定律的推导。总内部反射。18。菲涅尔公式。19。20。在反射和折射过程中电磁波极化。电磁表面波。使用菲雷斯公式的应用:布鲁斯特定律。在两个介质边界处电磁波的相位关系。光的分散。频率和空间分散。频率分散的电子理论。频率频率依赖性。在分散介质中电磁波包的传播。组速度。瑞利公式。21。培养基的非线性极化。 非线性光学现象(频率的谐波产生,加法和减法,自我关注,刺激散射)。 22。 电磁波在介电波导中传播的特征。 23。 光学平面波导。 介绍波导模式。 24。 光纤。 纤维结构。 光纤中的光传播。 25。 激光的分类(类型)。 各种类型激光器的特征。 激光辐射的主要特征及其评估方法。 26。 半导体中的吸收和光辐射的产生。 发光二极管。 最简单的半导体激光器的设计和操作。 27。 光子晶体。 使用光子晶体用于信息传输,存储和处理。 光子晶体中带结构的形成。培养基的非线性极化。非线性光学现象(频率的谐波产生,加法和减法,自我关注,刺激散射)。22。电磁波在介电波导中传播的特征。23。光学平面波导。介绍波导模式。24。光纤。纤维结构。光纤中的光传播。25。激光的分类(类型)。各种类型激光器的特征。激光辐射的主要特征及其评估方法。26。半导体中的吸收和光辐射的产生。发光二极管。最简单的半导体激光器的设计和操作。27。光子晶体。使用光子晶体用于信息传输,存储和处理。光子晶体中带结构的形成。
此外,偏振起着重要作用,因为它可以影响光束传播的深度。例如,众所周知,圆偏振光比线偏振光传播得更深 [3]。根据散射单元大小,偏振会保留光学记忆 [4]。拉盖尔-高斯 (LG) 光束 [5] 是一种涡旋光束,它可以携带不同类型的偏振(线性、圆形、径向和方位角)以及以ℓ 值的轨道角动量 (OAM) 为特征的相位前沿。具有空间不均匀偏振分布的光束称为矢量光束。各种空间模式(例如径向)具有不可分离的圆偏振和 OAM 部分。偏振和空间模式的结合导致了经典纠缠——Forbes 团队 [6] 使用经典纠缠矢量光束在湍流介质中实现更好的成像。矢量光束的关键特性(例如径向和方位角)结合了偏振和空间模式,它们是不可分离的且相互纠缠。这些特性不仅是量子纠缠所独有的,也适用于经典局部纠缠的矢量光束[6-9]。此外,矢量光束的不可分离特性不仅在光学成像中而且在光通信中都具有重要意义,因为人们正在探索其偏振自由度和空间模式来编码信息[7,10]。此外,根据理论[11],ℓ值越高,透射率越高,穿透能力越好,因此光密度(OD)越低,观察到的散射越少。当光脉冲进入组织等高度散射的介质时,它会分解成三个主要成分:弹道光束、蛇形光束和漫射光束。弹道分量保留了光的原始属性,因为它在前向方向上相干散射,而扩散分量则变得随机并在介质中游走。蛇形分量在前向方向上略微散射,传播路径更短并保留初始信息[12]。本研究重点研究了 LG 矢量涡旋光束在弹道(z < l tr)和扩散(z > l tr)区域通过小鼠脑组织的传输,其中 z 是混浊介质的厚度,l tr 是传输平均自由程[13]。研究了不同厚度小鼠脑组织不同特殊位置的不同类型偏振,以证明经典纠缠在经典极限下以更高光子通量潜在地改善成像方面的作用。大脑是一种由树状结构的神经元和轴突组成的生物组织。神经元由蛋白质聚合物的整合网络组织,这些聚合物被认为是一种手性介质。这种手性介质将通过改变其偏振状态与光的电磁场相互作用;这种效应使大脑成为手性生物等离子体[14]。结构化矢量光有望通过与电偶极子、磁偶极子和
此外,偏振起着重要作用,因为它可以影响光束传播的深度。例如,众所周知,圆偏振光比线偏振光传播得更深 [3]。根据散射单元大小,偏振会保留光学记忆 [4]。拉盖尔-高斯 (LG) 光束 [5] 是一种涡旋光束,它可以携带不同类型的偏振(线性、圆形、径向和方位角)以及以ℓ 值的轨道角动量 (OAM) 为特征的相位前沿。具有空间不均匀偏振分布的光束称为矢量光束。各种空间模式(例如径向)具有不可分离的圆偏振和 OAM 部分。偏振和空间模式的结合导致了经典纠缠——Forbes 团队 [6] 使用经典纠缠矢量光束在湍流介质中实现更好的成像。矢量光束的关键特性(例如径向和方位角)结合了偏振和空间模式,它们是不可分离的且相互纠缠。这些特性不仅是量子纠缠所独有的,也适用于经典局部纠缠的矢量光束[6-9]。此外,矢量光束的不可分离特性不仅在光学成像中而且在光通信中都具有重要意义,因为人们正在探索其偏振自由度和空间模式来编码信息[7,10]。此外,根据理论[11],ℓ值越高,透射率越高,穿透能力越好,因此光密度(OD)越低,观察到的散射越少。当光脉冲进入组织等高度散射的介质时,它会分解成三个主要成分:弹道光束、蛇形光束和漫射光束。弹道分量保留了光的原始属性,因为它在前向方向上相干散射,而扩散分量则变得随机并在介质中游走。蛇形分量在前向方向上略微散射,传播路径更短并保留初始信息[12]。本研究重点研究了 LG 矢量涡旋光束在弹道(z < l tr)和扩散(z > l tr)区域通过小鼠脑组织的传输,其中 z 是混浊介质的厚度,l tr 是传输平均自由程[13]。研究了不同厚度小鼠脑组织不同特殊位置的不同类型偏振,以证明经典纠缠在经典极限下以更高光子通量潜在地改善成像方面的作用。大脑是一种由树状结构的神经元和轴突组成的生物组织。神经元由蛋白质聚合物的整合网络组织,这些聚合物被认为是一种手性介质。这种手性介质将通过改变其偏振状态与光的电磁场相互作用;这种效应使大脑成为手性生物等离子体[14]。结构化矢量光有望通过与电偶极子、磁偶极子和