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上海东峻

光电教学App
数值实验



东峻基于EastWave软件和光电教学需求，生成系列 光电教学App（工业App）。光电教学App的作用等同于数值实验，用于验证光电传播现象的准确性，且几乎不用学习就能快速上手使用。


这些App像“时空显微镜”一样，能够直接观察电磁/光学中的电磁场的动态演化过程，并且能够记录波传播过程中关键的位置和场值信息，读取这些信息进行处理并跟理论值相对比，进而让学生快速直观地发现与理解相应的物理原理和图像，如：波在传播过程中出现的干涉、衍射、折射、反射、散射等现象。

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EastWave软件：一款基于麦克斯韦方程组（Maxwell Equation）、严格的时域有限差分算法（FDTD）全波电磁仿真软件



数值实验 VS 传统实验

 传统实验

🟣传统光（电磁波）教学实验；

基于物理原理采购相应仪器搭建相应的实验场景开展实验

🟣传统实验的缺点：

①难以观察光演进的完整过程；

②难以帮助学生建立清晰的物理图像；

③难以帮助学生理解“深层的理论推导结果”





数值实验

 🟣 “基于第一性原理的实时演化”的仿真；

旨在探究（光电传播现象的）计算机数值计算及其准确性。在计算机上进行真实物理场的实时演化，最后通过傅里叶变换得到频域的所有信息（模式场、频谱、色散关系等）。

🟣教学App的优点：

①节约实验成本；

② App快速上手易操作；

③弥补传统实验的不足，帮助学生建立清晰的物理图像，并理解深层理论推导过程及结果；



界面模块 | 清晰明了


介绍

是该App相关的数值实验原理与操作场景的详细描述，主要介绍了此App的仿真目的和基本原理，给出了此App实验变量（参数）的含义说明，并提供了典型的实验设计仿真案例，为使用者提供具有针对性的使用说明。

模型

用于设置各种参数，包括模型参数、频率参数等仿真计算需要设置的参数，可以对参数进行修改更新以及启动计算。

实时场查看器

用于实验运行过程中的电磁/光学场景中的电磁场传播现象的实时观察。

结果

用于数值实验的结果记录和展示。

日志输出

给出此次仿真的全部信息，包括运行状态、计算时间、内存使用情况、错误或异常信息提示等信息。


操作流程 | 简单易上手

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App目录 

App针对高校教学需求，结合时域有限差分算法等技术优势，生成系列教学实例App，能够有效辅助学生理解物理现象的深层理论推导结果，并建立清晰地物理图像。

App教学实例种类丰富，且正在不断更新中......

光电教学App |  案例列举


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典型案例简介 



 单缝衍射

实验目的

  • 观察光的衍射现象，了解光的衍射原理

  • 观察不同宽度的缝隙产生的单缝衍射光强分布

  • 通过光的衍射测量入射波波长

实验原理

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实验结果

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实时场图


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光的强度条纹


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暗纹位置





双缝干涉

实验目的

  • 观察双缝干涉现象

  • 观察不同的缝隙距离所产生的条纹间距

  • 通过条纹间距测量入射光的波长

实验原理

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实验结果

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光的强度条纹


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暗纹位置



平面光栅衍射

实验目的

  • 观察光栅多缝衍射现象，了解光的多缝衍射特性

  • 仿真分析多缝衍射的幅度分布随光栅结构参数的关系

  • 了解单、宽频信号的远场幅度分布特征，应用光栅方程验证衍射各级主极大角度值

平面光栅模型

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实验结果

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单频余弦信号实时场


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宽频高斯信号实时场



单界面反射与折射

实验目的

  • 观察光在界面的反射、折射与全反射现象

  • 验证反射定律与折射定律

  • 计算全反射时的临界入射角并仿真验证

实验原理

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实验结果

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折射与反射实时场



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全反射实时场




夫琅禾费圆孔衍射

实验目的

  • 观察光在圆孔中的衍射现象，了解光的衍射原理 

  • 观察不同大小的圆孔衍射的光强分布 

  • 基于理论光强分布公式，验证远场衍射角度

实验中圆孔衍射实现方案

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实验结果

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ZOX截面实时场


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XOY截面实时场


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验证远场衍射角度




矩形波导_平面波

实验目的

  • 通过观察工作频率小于截止频率和大于截止频率的电磁波在波导中的传播情况，了解电磁波能够在波导内传播所满足的条件，了解截止频率及其物理意义 

  • 观察在波导中传播的电磁波的模式场分布特征

矩形波导示意图

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实验结果

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大于截止频率的电磁波在波导中的传播情况


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小于截止频率的电磁波在波导中的传播情况




免费试用安装包下载地址：

https://pan.baidu.com/s/1CNszQt4ubDXFDQl7Y2QGqQ?pwd=dj79
提取码：dj79
安装完成后，联系工作人员（021-52385879）申请注册码即可开始试用。



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