《电磁衍射与散射》课件.pptVIP

**************电磁波的基本性质1横波电磁波是横波，电场和磁场振动方向垂直于波传播方向。2速度在真空中，电磁波以光速传播，约为每秒30万公里。3频率电磁波的频率决定了它的能量和类型，例如无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。电磁波的传播1横波电场和磁场互相垂直，并垂直于传播方向2速度在真空中传播速度为光速3频率决定电磁波的类型，如无线电波、可见光等电磁波的反射与折射1反射当电磁波遇到两种介质的分界面时，部分能量会返回到原介质中，这就是反射现象。2折射当电磁波从一种介质进入另一种介质时，传播方向会发生改变，这就是折射现象。电磁波的干涉波的叠加当两列或多列电磁波相遇时，波会叠加，形成新的波形。相干性干涉现象需要两列或多列电磁波具有相干性，即频率和相位相同或具有稳定的相位差。干涉条纹当两列相干电磁波叠加时，会在某些区域产生加强，在另一些区域产生减弱，形成明暗相间的干涉条纹。单缝衍射1衍射现象当光波通过狭缝时，会发生衍射现象2衍射图样在屏幕上观察到明暗相间的衍射图样3惠更斯原理解释衍射现象的物理原理双缝干涉实验设置用单色光照射两条平行且距离很近的狭缝。干涉现象在屏幕上观察到明暗相间的条纹，这是光的波性干涉现象。解释通过两条狭缝的光波相互干涉，形成明暗条纹。多缝衍射1明纹位置取决于缝间距和入射光波长2明纹强度随缝数增加而增强3衍射图样呈现更窄更锐利的明纹光栅衍射1定义由大量等间距平行狭缝构成的光学元件2原理狭缝衍射和干涉叠加3应用光谱分析、光学测量非圆孔的衍射1矩形孔矩形孔衍射会产生矩形衍射图样。2三角形孔三角形孔衍射会产生三角形衍射图样。3其他形状其他形状的孔也会产生相应的衍射图样。菲涅耳衍射1近场衍射2惠更斯原理每个点都是次波源3菲涅耳带衍射图案受波前形状影响圆孔衍射光波的波动性圆孔衍射现象是光波波动性的典型表现，当光波通过圆孔时，会在孔后形成衍射图样，而不是简单的几何阴影。衍射图样圆孔衍射的衍射图样通常是中央亮斑和一系列环状明暗相间的条纹。艾里斑中央亮斑被称为艾里斑，其大小与孔径大小和波长有关。应用圆孔衍射在光学成像、显微镜、望远镜等领域有着广泛的应用。球面波衍射1点光源球面波来自点光源2球面波光波在传播过程中3衍射现象当遇到障碍物时电磁波散射的基本理论散射是指电磁波遇到障碍物时偏离其原来传播方向的现象。散射过程涉及电磁波与物质相互作用，导致能量和动量传递。散射的类型取决于入射波长、散射体大小和性质。Rayleigh散射散射条件当散射粒子的尺寸远小于入射波长时，发生Rayleigh散射。散射方向散射光在各个方向上均匀分布，但与入射光方向垂直的方向上最强。典型例子天空的蓝色就是Rayleigh散射的结果，空气中的分子散射蓝光比红光更强。Mie散射水滴散射当光线遇到大小与光波长相当的粒子时，就会发生Mie散射。雾散射雾、云、尘埃等，它们散射的光线比Rayleigh散射更复杂，会出现彩虹等现象。功率散射截面定义描述散射体散射功率大小的物理量，表示散射体对入射电磁波散射能力的强弱。公式σ=4πR^2*(P_s/P_i)应用用于雷达探测、遥感、粒子物理等领域。散射的应用领域雷达探测利用电磁波散射，雷达可以探测到目标的距离、速度、方位等信息。天气预报利用电磁波散射，可以测量大气中的降水、温度、风速等参数。天文观测利用电磁波散射，可以研究宇宙中的星云、星系等天体。生物光学成像利用电磁波散射，可以观察生物组织内部的结构。雷达探测军事应用雷达在军事领域发挥着重要作用，例如目标识别、导弹制导和空中预警。气象预报雷达可用于探测云层、降水和其他气象现象，为天气预报提供关键信息。空中交通管制雷达在空中交通管制系统中发挥着至关重要的作用，确保飞机安全飞行。天气预报雷达数据雷达数据提供降雨、降雪等天气现象的实时信息，帮助预测未来降水情况。卫星图像卫星图像提供云层分布、气温等信息，帮助分析天气系统演变。气象模型气象模型模拟大气运动，预测未来天气状况，为预报提供科学依据。天文观测星系研究电磁波散射可以帮助天文学家研究星系的结构和演化。行星观测通过观测行星的电磁辐射，可以了解行星的大气成分和表面特征。恒星演化散射现象可以帮助天文学家研究恒星的质量、温度和演化阶段。生物光学成像活体组织成像提供无创、实时观测生物体内部结构和功能的信息。疾病诊断和治疗可用于早期疾病诊断