半波损失的产生条件及仿真
半波损失的条件
目录半波损失定义半波损失理论的应用半波损失的原因定义光从光疏介质射向光密介质时反射过程中，如果反射光在离开反射点时的振动方向相对于入射光到达入射点时的振动方向恰好相反，这种现象叫做半波损失。
从波动理论知道，波的振动方向相反相当于波多走（或少走）了半个波长的光程。
入射光在光疏媒质中前进，遇到光密媒质界面时，在掠射或垂直入射2种情况下，在反射过程中产生半波损失，这只是对光的电场强度矢量的振动而言。
如果入射光在光密媒质中前进，遇到光疏媒质的界面时，不产生半波损失。
不论是掠射或垂直入射，折射光的振动方向相对于入射光的振动方向，永远不发生半波损失。
光的干涉现象是有关光的现象中的很重要的一部分，而只要涉及到光的干涉现象，半波损失就是一个不得不考虑的问题。
光在不同介质表面反射时，在入射点处，反射光相对于入射光来说，可能存在半波损失，半波损失可以通过直观的实验现象——干涉花样——来得到验证。
半波损失理论的应用半波损失理论在实践生活中有很重要的应用，如：检查光学元件的表面，光学元件的表面镀膜、测量长度的微小变化以及在工程技术方面有广泛的应用。
半波损失的原因在洛埃镜实验中，如果将屏幕挪进与洛埃镜相接触。
接触处两束相干波的波程差为零，但实验发现接触处不是明条纹，而是暗条纹。
这一事实说明洛埃镜实验中，光线自空气射向平面镜并在平面镜上反射后有了量值为∏的位相突变，这也相当于光程差突变了半个波长。
光在反射时为什么会产生半波损失呢？这是和光的电磁本性有关的，可通过菲涅耳公式来解释。
在任何时刻，我们都可以把入射波、反射波和折射波的电矢量分成两个分量，一个平行入射面，另一个垂直入射面。
有关各量的平行分量和垂直分量依次用指标p和s表示。
以i1、i1´ 和i2分别表示入射角、反射角和折射角，它们确定了各波的传播方向。
以A1、A1´、A2来依次表示入射波、反射波和折射波的电矢量的振幅，它们的分量相应就是Ap1、Ap1´、Ap2和As1、As1´、As2。
对驻波与半波损失的认识课件
• 驻波现象及基本概念 • 半波损失现象及原因分析 • 驻波和半波损失在光学系统中影响 • 实验验证驻波和半波损失现象 • 总结回顾与拓展延伸
01 驻波现象及基本 概念
驻波定义与形成条件
驻波定义
在波的传播过程中，两个相反方向传播的波叠加形成的一种 特殊波形，其特点是在某些位置振幅始终为零，而在另一些 位置振幅始终最大。
管乐器
在管乐器中，如长笛、单簧管等，当气流通过吹口或簧片激发管内空气振动时，也会在管 内形成驻波。通过改变管的长度、直径和吹气方式等参数，可以改变管内驻波的频率和振 幅，从而发出不同的音调和音色。
电磁场
在电磁场中，当电磁波的频率与某些物体的固有频率相同时，也会在物体内部形成驻波。 这种现象被称为共振。例如，在微波炉中，微波的频率与食物中的水分子的固有频率相同， 从而在食物内部形成驻波，使食物加热均匀。
03
在微波谐振腔中，电磁波在腔内反射形成驻波，同时在腔壁处
发生半波损失。
THANKS
感谢观看
介绍多层膜的反射特性，包括宽带反 射、高反射等特性及应用。
偏振光经过多层膜后相位变化计算
偏振光与多层膜相互作用
分析偏振光经过多层膜后的相位变化规律，包括反射、透射等情况。
相位变化计算方法
介绍计算偏振光经过多层膜后相位变化的方法，包括矩阵法、传输 线法等。
实验验证
通过实验验证偏振光经过多层膜后相位变化的计算结果，包括不同 条件下的测量结果和分析。
02 半波损失现象及 原从一种介质传播到另一种介质时， 在两种介质的交界面处，反射波与入 射波的相位会发生变化，这种相位变 化称为半波损失。
产生机理
半波损失的产生是由于波在传播过程 中遇到不同介质时，介质对波的阻抗 发生变化，导致反射波与入射波的相 位发生变化。
半波损失的原理以及应用
半波损失的原理以及应用原理介绍半波损失是指电信号在传输过程中由于阻抗不匹配而发生一部分的信号损失的现象。
在电路传输中，当电信号穿过不同阻抗的界面时，会发生反射和透射。
如果传输线的特性阻抗与负载的阻抗不匹配，会导致反射波的产生。
在传输线上反射波的传输，会导致信号损失。
这种损失被称为半波损失。
半波损失可以通过匹配传输线阻抗和负载阻抗来减轻。
通过调整传输线的特性阻抗，使之与负载的阻抗相匹配，可以最大限度地减少反射波的产生，从而降低半波损失。
应用半波损失的原理在电子领域有广泛的应用，以下是一些常见的应用场景：1.电路设计中的阻抗匹配：在设计电路时，为了减小半波损失，需要对传输线的特性阻抗和负载阻抗进行匹配。
例如，在高频电路中，使用阻抗匹配网络来确保信号的正常传输。
2.无线通信中的天线设计：在无线通信系统中，天线是信号的传输和接收的重要部分。
为了减小半波损失，天线的输入阻抗应该与无线电接收机或发射机的输出阻抗相匹配。
这可以通过调整天线结构和使用匹配网络来实现。
3.光纤通信中的信号传输：在光纤通信系统中，信号的传输通过光纤进行。
由于光纤的特性阻抗与连接器等的阻抗不匹配，会导致反射波的发生，进而导致半波损失。
为了减小损失，光纤连接器的设计中需要特别注意阻抗匹配。
4.音频设备中的信号传输：在音频设备中，如音响系统、录音设备等，信号的传输也会受到半波损失的影响。
为了保证音频信号的质量，需要在信号线和设备之间进行阻抗匹配。
如何减小半波损失要减小半波损失，可以采取以下措施：1.阻抗匹配：通过调整传输线的特性阻抗和负载的阻抗，使之相匹配，减小反射波的产生，从而降低半波损失。
2.使用匹配网络：在阻抗不匹配的情况下，可以使用匹配网络来确保信号的正常传输。
匹配网络中的元件可以根据需要调整阻抗，使其与传输线的特性阻抗和负载阻抗相匹配。
3.优化传输线的设计：传输线的设计也对减小半波损失起到重要作用。
合理选择传输线的材料、几何尺寸和布线方式等，可以降低传输线的特性阻抗与负载阻抗之间的差异，减小反射波的发生。
半波损失
什么是半波损失（What） 为什么会出现半波损失（Why） 出现了半波损失怎么办（How）
What
定义：当波动（含光波）从波疏介质向波密介质正入射或
者掠入பைடு நூலகம்时，反射光与入射光相比有π的相位跃变（或等效
于半个波长）的现象。
说明：
1、透射波动总无半波损失； 2、波动如果是从波密介质到波疏介质入射，无半波损失； 3、如果入射角不是接近于0°或90 ° ，实际情况复杂，应 由菲涅尔公式表征。但大学物理中如有出现，亦不区分入 射角情况。
Why
半波损失出现与否，由边界条件决定。从本质上说，
是能量守恒和动量守恒的必然要求。
1、机械波 如果反射点为固定端，相当于波阻无限大，波动无法进 入第二介质传播，即第二介质为波密介质。 由于反射点固定，必然要求入射波和反射波在该反射点 相位相反，相当于波程的半个波长。
2、光波 两次反射波表象光程差：
n1 n2 n1
h
L 2n2 h
如果ΔL=(k+1/2)λ，或者说反
射光干涉相消。
而：两次透射波表象光程差亦是，即也是ΔL干涉干涉相消， 明显不符合能量守恒条件。 当其中有个出现半波损失时，恰好符合。
How
1、总光程差等于表象光程差加上附加光程差。
Δ= Δ0+ Δ’
考虑到最后实际对干涉起决定作用的是相位差和余弦函数 的周期性，整个干涉光路出现奇数次半波损失时，附加光 程差取±λ/2 ，而偶数次时取零。 2、附加光程差不等于零时，对条纹的影响仅仅是“颠倒黑 白”，而不会改变条纹的形状、间距、对比度等性质。
光程与光程差 半波损失
S1
S
1 2
b
o
S2
n 1l1 k
(1)
9
设 o 点由此时第一次变为最暗时,光线 2 在劈尖 b 中传 播的距离为 l2 ,则由双缝 S1 和 S2 分别到达 o 点的两光 程差满足下式： 1 c n 1l2 k (2) 2 S1 1 (2) (1)得： o S 1 n 1l2 l1 (3) 2 S2 2 b 由图可求出： n 1l1 k (1) l2 l1 dtga da (4) 由(3)和(4)得：劈尖b应向上移动的最小距离为
2 1
两束光的光程差 2 不同波源经不同路径 在相遇点引起的两个 振动的位相差。
5
例1：已知：S2 缝上覆盖的介 质厚度为 h ，折射率为 n ， 设入射光的波为
S1
r1
r2
h
S2
问：原来的零极条纹移至何处？若移至原来的第 k 级 明条纹处，其厚度 h 为多少？
解：从S1和S2发出的相干光所对应的光程差
(r2 h nh) r1
当光程差为零时，对应零条纹的位置应满足：
r2 r1 (n 1)h 0 所以零级明条纹下移 原来 k 级明条纹位置满足： r2 r1 k
设有介质时零级明条纹移到原来第 k 级 k h 处，它必须同时满足：r2 r1 (n 1)h n 1
12
r
n2
11
三、半波损失
半波损失：光从光疏介质进入光密介质，光反射后有 了量值为 的位相突变，即在反射过程中损失了半个 波长的现象。 产生条件：
半波损失PPT课件
薄膜干涉应用 2
增透膜
一、为什么在光学镜头上涂一层透明薄膜来增加透射度呢?
现代光学装置，如摄影机、电影放映机的镜头、潜 水艇的潜望镜等，都是由 许多光学元件棗透镜、棱 镜等组成的．进入这些装置的光，在每一个镜面上 都有一部分光 被反射，因此只有10～20％的入射光 通过装置，所成的像既暗又不清晰．计算表明，如 果一个装置中包含有六个透镜，那么将有50％的光 被反射．若在镜面上涂上一层透明薄膜，即增透膜， 就大大减少了光的反射损失，增强光的透射强度， 从而提高成像质量
3 .测量牛顿环的直径使干涉圆环中心在视场中央，仔 细观察干涉条纹的特点。
4 .读数显微镜的读数方法
主尺的分度值为1mm，测微鼓轮共有100个刻度，其份度值为 0.01mm，可估读到0.001mm。
主尺 15mm
最后读数为：15.506mm
测微鼓轮 0.506mm
注意事项
1.在测量时，读数显微镜的测微鼓轮应沿一个方向转动，中途 不可倒转。
2.环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。 3.测量中，应保持桌面稳定，不受振动，不得触动牛顿环装置， 否则重测。
等厚干涉：当光线垂直入射于薄膜的表面时，干涉的 公式简化为：
2n2d
2
k
(2k
1)
2
k=1,2,3…… 干涉加强 k=1,2,3…… 干涉减弱
例1、空气中的肥皂泡厚度320nm,介质的折射率n=1.33。 从正上方看哪个波长的光可以呈现出极大？
其原因是透镜不平板玱璃接触时由亍接触压力引起形变使接触处为一圆面而圆面的中心徆难定准因此r镜面上可能有灰尘等存在而引起一个附加厚度从而形成附加的光程差这样绝对级数也丌易定准
解释半波损失概念
半波损失解析：电路中能量损失的原因与影响半波损失是指在电路中由于负载或其他因素引起的能量损失，该损失发生在每个电流周期的一半波形中。
在交流电路中，电流和电压是周期性变化的，而半波损失是指在每个周期中，只有电流或电压的一半波形能够有效地传递能量，另一半波形则产生能量损失。
半波损失主要发生在具有非线性特性的元件或负载上。
在这些元件或负载中，电流和电压的波形不完全对称，导致一部分能量无法有效地传输或被利用。
这些非线性元件或负载可能导致能量的转换效率降低，并且产生额外的热量和能量损失。
半波损失的存在对电路性能和能源利用效率具有影响。
为了减少半波损失，可以采取一些措施，例如使用更高效的元件和电路设计，优化负载匹配，降低电路的损耗和不对称性等。
总之，半波损失是指在交流电路中由于非线性元件或负载的存在，导致每个周期中只有电流或电压的一半波形能够有效地传递能量，而另一半波形产生能量损失。
通过优化电路设计和采用高效的元件，可以减少半波损失，提高能源利用效率。
波动光学 解释半波损失
波动光学解释半波损失
波动光学是研究光在经过光学元件（如透镜、棱镜等）或经过光学系统（如望远镜、显微镜等）时的行为和性质的一门学科。
半波损失是指当光波通过一个光学元件（如光纤、波导等）时，由于波导的特定结构或形状，导致波导内部的光波在传播过程中发生两次半波（180°）的相位延迟，从而造成光波的损耗。
这种损耗主要发生在光波进入波导之后，在波导的两个边界之间来回传播。
当光波在第一次传播中遇到第一个边界时，它会发生一次相位翻转；当光波在第二次传播中遇到第二个边界时，它会再次发生一次相位翻转。
由于两次相位翻转的叠加效应，导致前后两个边界之间的光波相位发生半波的相位差。
半波损失造成了光波的能量损失，导致光的强度减弱。
在一些光学应用中，如光通信系统和光学传感器中，半波损失是需要被尽量降低的，以确保光信号的传输质量和检测精度。
为了减小半波损失，可以采取一些措施，如改变波导的结构或形状，优化光波的传播路径，使用光学材料的特殊设计等。
此外，还可以采取一些光学设计方法，如斯特恩-格拉芙轨迹、
布儒斯特角等，来优化光波的传播和折射过程，从而减小半波损失。
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半波损失现象的分析及仿真摘要：本文依次阐述了电磁波，机械波和物质波的半波损失现象，利用菲涅耳公式讨论电磁波在两介质分界面反射过程中的半波损失现象，运用力学的振动和波动方程讨论机械波在两介质无分离、无滑动的边界条件下的半波损失现象，运用微观粒子的波动方程的连续性条件分析了物质波的半波损失现象，并运用MATLAB对电磁波、机械波和物质波的半波损失现象进行了仿真。
关键词：电磁波、机械波、物质波、半波损失、仿真。
目录引言 (1)1 电磁波的半波损失现象的证明 (2)1.1 菲涅耳反射折射公式 (2)1.1.1 入射、反射和折射光束的描述及相应的坐标架 (2)1.1.2 菲涅耳公式 (3)1.2 相位关系和半波损失问题 (3)1.2.1 反射光的相位变化 (3)1.2.2 反射过程中的半波损失 (4)2 机械波的半波损失 (6)2.1 机械波的振动方程和波动方程 (6)2.2 机械波波函数的边界条件 (6)3 物质波的的半波损失 (9)3.1 物质波的波函数 (9)3.2物质波波函数的边界条件 (10)4 对三种波的整体总结 (13)参考文献 (13)附录 (14)致谢 (19)引言：振动和波是经典物理学中的一种重要的运动形式，在经典力学中有机械振动和机械波，在光学中有电磁波，量子力学也与振动和波有莫大的关联。
基于以上的叙述，我们可以把波分成三类：电磁波、机械波和物质波。
这三种波虽说本质不同，可是它们的波动具有共同的特征,波动所遵守的规律也很相似,比如，不管是物质波还是经典力学的波都会在一定的条件下产生干涉和衍射,并都能用形式类似的波函数描述波动状态。
电磁波、机械波和物质波在从一种介质射入另一种介质的时候，波会在两种介质的分界面发生“半波损失”现象，这是分析波的干涉现象需要考虑的不可或缺的因素。
要把波的半波损失现象弄清楚，而波又包括三大类，每类波的本质是互不相同的，所以在分析波的半波损失现象时，要分别讨论，就要分别研究这三种波，并且用MATLAB将这三种波的半波损失现象仿真出来。
1 电磁波的半波损失现象光是电磁波的一种，在证明电磁波的半波损失现象时我们以光为例来讨论。
1.1 菲涅耳反射折射公式1.1.1 入射、反射和折射光束的描述及相应的坐标架入射光从一种介质射向另一种介质，一种介质的折射率为1n ，另一种介质的折射率为2n 。
坐标系如图（1），x 轴、y 轴、z 轴是呈右手正交系。
入射光、反射光和透射光组成入射面。
假设入射角为1i 、反射角为1'i 、和折射角为2i 。
为了更好的理解菲涅耳公式，清楚表示入射光、反射光、和透射光中的电矢量的各个分量，还需要在每束光线建立局部坐标架。
1k 、1s 、1p ，，k1'、s1'、p1'，2k 、2s 、2p 是入射波、反射波、透射波的波矢方向，垂直入射面、平行入射面方向电矢量分量的单位矢量。
基矢s 的正方向沿+y 的方向，基矢p 的正方向由下式规定。
111ˆ//ˆˆK S P⨯; 111ˆ//ˆˆK S P''⨯'; 222ˆ//ˆˆK S P⨯。
也就是说，电场矢量的p ，s 分量和波矢k 组成的局部坐标架遵守右手正交系的原则。
利用这三个局部坐标架，就能把入射光的电矢量E ，反射光的电矢量E1'和透射光的电矢量E2在p 分量和s 分量的方向上分解。
且p 分量和s 分量的正负是对于局部坐标架而言的，对于下面的菲涅耳公式也是。
1.1.2 菲涅耳公式菲涅耳公式：s 12121s 122112211s 1~i i sin i -i sin -~cosi n cosi n cosi n -cosi n ~E E E ）（）（+=+=' （1）PP E E E 12121p 1211221121~i i tan i -i tan ~cosi n cosi n cosi n -cosi n ~）（）（+=+=' （2） s 12121s 12211112~i i sin sini cosi 2~cosi n cosi n cosi n 2~E E E S ）（+=+=(3)p 12112112~cosi n cosi n cosi n 2~E E P +=（4） （1），（2）式表述的是反射光束的电矢量的s 分量和p 分量与入射光束的电矢量的s 分量和p 分量的关系。
【1】（3），（4）表述的是折射光波的电矢量的s 分量和p 分量与入射光束的电矢量的s 分量和p 分量的关系。
【1】振幅反射率： p 1p 1p ~~r ~E E '=（5），1s1s s E E ~r ~'=（6）。
振幅透射率：p p p E E t 12~~~=（7），Sss E E t 12~~~=（8）。
将（2）代入（5）式，（1）代入（6）式，（4）代入（7）式，（3）代入（8）式，算出p s p s t ~t ~r ~r ~，，，为： ）（）（212122112211s i i sin i -i sin -cosi n cosi n cosi n -cosi n r ~+=+= （9）)i i tan()i -i tan cosi n cosi n cosi n -cosi n r ~212121122112p +=+=（ （10） ）（2121221111s i i sin sini cosi 2cosi n cosi n cosi 2n t ~+=+=（11）211211p cosi n cosi n cosi 2n t ~+= （12）1.2 相位关系和半波损失问题1.2.1 反射光的相位变化菲涅耳公式中的211~~~E E E 、、'都是复振幅，1~E '和1~E 间的相位差是r ~的幅角，2~E 和1~E 间的相位差是t ~的幅角，（11）（12）式等式右端始终是大于零的实数，也就是说st ~和p t ~的幅角是零，即2~E 与1~E 总是同相位的，而（9）（10）式说明s r ~，p r ~的幅角比较复杂。
【1】下面仔细加以分析。
（1）当21n n <时，根据折射定律，对于s 分量， 1i >2i ,（9）式中，0)sin(21>-i i 、0)sin(21>+i i ，得0~<s r ，则S E 1~'与s E 1~总有π的相位差，而关于p 分量，当1i 较小时，2i 也较小，且21i i >，0)tan(21>-i i ，221π<+i i ，0)tan(21>+i i ，0~>p r 。
则P E 1~'与P E 1~的相位差为零；当1i 较大，有0)tan(21>-i i ，而21i i +有可能超过2π，则有0)tan(21<+i i ，此时p E 1~'与p E 1~的相位差为π。
相位差由0到π的转变点为221π=+i i 处，此时0~=p r ，对于这时的入射角，我们成为布儒斯特角B i ,将B i i =1和B i i -=22π代入折射定律2211sin sin i n i n =，得：12arctan n n i B = （15）（2）当21n n >，这时21i i <，当c i i ≥1会发生全反射，全反射临界角B c i i >,当1i 由零经B i 增大到C i 时，p E 1~'和p E 1~的相位差p δ由原来的π，在布儒斯特角突变到零，而s E 1~'和s E 1~的相位差s δ始终等于零；当c i i >1时，p r ~和s r ~将成为复数，这是因为当入射角大于临界角c i 发生全反射时，虽然折射定律在形式上还可写成1212sin sin i n n i =，但它大于1，结果p r ~和s r ~中的2cos i 将成为虚数，由此可导出p δ和s δ当c i i >1，由零单调增加到π。
1.2.2 反射过程中的半波损失根据菲涅耳公式研究反射光的相位突变时，不管是电矢量的p 分量还是s 分量，当0=δ，即0~>r ，说明反射光振动状态和局部直角坐标系一致，我们认为没有“半波损失”。
当πδ=，即0~<r ，说明反射光振动状态态和局部直角坐标系相反，我们认为产生了半波损失。
（1）光正入射时，反射光束和透射光束的相位突变根据菲涅耳公式，当21n n <时，0~,0~,0~,0~>>><p s p s t t r r ，反射光的p 分量与坐标架相同，s 分量与坐标架相反，而折射光的p 分量和s 分量与坐标架相同。
当21n n >时，0~,0~,0~,0~>><>p p s t s t r r ，反射光的p 分量与坐标架相反，s 分量与坐标架相同，而折射光的p 分量和s 分量均与坐标架相同。
【1】即与入射光相比较，当21n n <时，反射光的p 分量和s 分量都与入射光相反，即存在半波损失，如图2-a 是用MATLAB 仿真出来的半波损失的效果。
【1】当21n n >时，反射光的p 分量和s 分量都与入射光相同，即不存在半波损失。
如图2-b 。
该图是当n 1<n 2时，用MATLAB 仿真出来的电磁波从一种介质垂直射向另一种介质时，入射波、反射波和透射波的波形，从波形上能看出，透射波相比较入射波，振动态是一样的，没有发生相位突变，即没有半波损失。
而对于反射波，相比较入射波，两个波的波形相差半个波长，即产生了 的相位突变，产生了半波损失的现象。
该图是当n 1>n 2时，电磁波从一种介质垂直射向另一种介质时，用MATLAB 仿真出来的电磁波的入射波、透射波和反射波的波形，透射波的振动态和入射波一样，没有发生相位突变，即没有产生半波损失现象。
反射波相比较入射波，振动态也是一样的，即没有发生相位突变，没有产生半波损失现象。
（2）当21n n <时，掠入射时反射光中的电矢量的各个分量的相位突变在21n n <时，0~,0~<<s r p r ，按照前面的思路分析，可以推知反射光中中p 分量与入射光相反，s 分量也与入射光方向相反，即存在半波损失。
2 机械波的半波损失2.1 机械波的振动方程和波动方程平面简谐波入射波、反射波和折射波的波动方程：)cos(111x k t A y -=ω （16） )cos(1122ϕω++=x k t A y （17） )cos(2233ϕω+-=x k t A y （18） ϕω、、A 分别为振幅、角频率、初相位。