Skip to article frontmatterSkip to article content
Site not loading correctly?

This may be due to an incorrect BASE_URL configuration. See the MyST Documentation for reference.

مرتبه‌های فلوکه: پیش‌بینی، طبقه‌بندی و کنترل

دفترچهٔ تحلیلی فصل ۴. فصل، مثال‌ها و آزمایشگاه را ببینید؛ آزمایشگاه مرورگر مستقیم هم دارد.

کانال مجاز، کنترل فرنل و ضریب آرایهٔ تجویزی را محاسبه می‌کنیم؛ حل‌گر ماکسول قطعهٔ نقش‌دار و بازده فراسطح نداریم. بیرون همگن، همسانگرد، بی‌اتلاف با ضریب حقیقی مثبت است. واحد پیش‌فرض میکرومتر و درجه است.

هسته را از نو آغاز و همهٔ سلول‌ها را اجرا کنید. پارامترها پایین‌اند؛ دادهٔ خارجی، GPU و شبکه در اجرا لازم نیست. برای کنترل ژوپیتر requirements-labs.txt و ENABLE_WIDGETS=True؛ مرجع ذخیره‌شده False دارد.

۱. پارامتر و محیط

Python 3.12.1; NumPy 2.4.6; Matplotlib 3.11.1
Convention: exp(-i omega t), exp(i k.r), incidence from z<0; lengths in micrometers.
Evidence: analytical channels, Fresnel interfaces, and prescribed scalar array factors.

۲. تعریف محاسبهٔ کانال

مختصهٔ بی‌بُعد مماسی:

qm=nisin⁡θi+mλ0/Λ.q_m=n_i\sin\theta_i+m\lambda_0/\Lambda.

∣qm/no∣|q_m/n_o| را با یک مقایسه کنید. ریشهٔ فاصلهٔ خروجی κ/k0=no2−qm2\kappa/k_0=\sqrt{n_o^2-q_m^2} در کانال بسته بخش موهومی مثبت دارد. موج بازتابی علامت kzk_z آزمایشگاهی مخالف دارد، چون خروجی به منفی zz است.

کران صحیح از −no<qm<no-n_o<q_m<n_o می‌آید. بازهٔ محاط‌کنندهٔ محافظه‌کار با همسایهٔ بسته، حذف بی‌خبر کانال با رشد دوره یا ضریب را پیشگیری می‌کند. نگهبان شمارش برای آرایهٔ نامعقول خطا می‌دهد تا حافظه تمام نشود.

نزدیک قطع، طبقه بر رواداری است. ±90∘\pm90^\circ گزارش‌شده حد مماسی است، نه باریکهٔ توان عمودی متناهی. اوانسنت زاویهٔ حقیقی نمی‌گیرد.

Transmission region open orders: [-1, 0, 1]
Loading...
Reflection region open orders: [-1, 0, 1]
All table angles are channel directions; no amplitude or efficiency has been assigned.

۳. حالت تحلیلی مستقل

مجموعه و زاویهٔ معلوم، قطع دقیق و دو سو، شاخهٔ میرا، هم‌ارزی فاز بلوخ، ورودی نامعتبر و تطبیق با پنجرهٔ صحیح brute-force بسیار بازتر آزموده می‌شوند. آخری شمارش را می‌سنجد، نه درستی فیزیک فرمول را به‌تنهایی.

مثال مایکروویو λ0=30\lambda_0=30 و Λ=25\Lambda=25 میلیمتر با قرارداد کلاسی c=3.00×108c=3.00\times10^8 متر‌برثانیه در ۱۰ گیگاهرتز است. تبدیل هر دو به میکرومتر نسبت را عوض نمی‌کند.

Analytical channel, phase, branch, enumeration, and invalid-input checks passed.
{
  "air_open": [
    -1,
    0,
    1
  ],
  "glass_open": [
    -2,
    -1,
    0,
    1,
    2
  ],
  "primitive_open": [
    0
  ],
  "microwave_open": [
    -1,
    0
  ],
  "first_air_angle_deg": 31.10892251052852,
  "microwave_negative_angle_deg": -59.09051239302117,
  "microwave_phase_deg": 102.60604299770061,
  "cutoff_glass_deg": 25.94447977237001,
  "cutoff_sequence": [
    "closed",
    "grazing",
    "open"
  ],
  "closed_m2_amplitude_decay_length_um": 0.9475631587813499
}

۴. نقشهٔ زاویه و طول موج

چپ مخروط نور در یک مرجع و راست تعداد مرتبهٔ عبوری باز در جاروب قابل‌تغییر است. مماسی باز معمولی حساب نمی‌شود. بازهٔ صحیح از کل جاروب تعیین می‌شود، نه فقط نقطهٔ شروع. ضریب ثابت فرض تدریس است؛ در مادهٔ پاشنده، ضریب واقعی هر طول موج را بگیرید. نقشهٔ شمار کانال طیف بازده نیست.

<Figure size 1200x480 with 3 Axes>

۵. کنترل توان با مرز تخت

برای مرز TE غیرمغناطیسی، ζi=nicos⁡θi\zeta_i=n_i\cos\theta_i و ζt=nt2−(nisin⁡θi)2\zeta_t=\sqrt{n_t^2-(n_i\sin\theta_i)^2} روی شاخهٔ خروجی:

r=ζi−ζtζi+ζt,t=2ζiζi+ζt,R=∣r∣2,T=Re⁡ζtζi∣t∣2.r=\frac{\zeta_i-\zeta_t}{\zeta_i+\zeta_t},\quad t=\frac{2\zeta_i}{\zeta_i+\zeta_t},\quad R=|r|^2,\quad T=\frac{\operatorname{Re}\zeta_t}{\zeta_i}|t|^2.

عامل بهنجارسازی ضروری است. در بازتاب کلی ζt\zeta_t موهومی، میدان اوانسنت خروجی دارای توان عمودی صفر و R=1R=1 است. مرجع تحلیلی مستقل از شبیه‌سازی توری آینده است؛ جعبهٔ تناوبی مصنوعی به مرز تخت مرتبهٔ غیرآینه‌ای تحمیل نمی‌کند.

Loading...
Maximum Fresnel power residual over 483 analytical checks: 4.441e-16

۶. آرایهٔ متناهی، عرض زاویه‌ای متناهی

عامل اسکالر را مستقیم حساب کنید:

AN(θ)=N−1∑j=0N−1exp⁡[ijΛ(kx,i−nok0sin⁡θ)].\mathcal A_N(\theta)=N^{-1}\sum_{j=0}^{N-1}\exp[ij\Lambda(k_{x,i}-n_o k_0\sin\theta)].

با لحاظ فاز ورودی، وزن منابع تجویزی و یکسان است؛ الگوی عنصر، کوپل و حل مرزی نداریم. خط عمودی جهت فلوکهٔ باز همان پارامترهاست. مربع مجموع اسکالر بهنجارشده، بازده پراش بهنجارشدهٔ توانی نیست.

<Figure size 1100x480 with 1 Axes>
Array-factor values equal one at every open Floquet direction, within floating-point tolerance.

۷. گسترش به شبکهٔ مستطیلی

برای Λx,Λy\Lambda_x,\Lambda_y و سمت تابش φi\varphi_i:

qx,m=nisin⁡θicos⁡φi+mλ0/Λx,q_{x,m}=n_i\sin\theta_i\cos\varphi_i+m\lambda_0/\Lambda_x,
qy,n=nisin⁡θisin⁡φi+nλ0/Λy.q_{y,n}=n_i\sin\theta_i\sin\varphi_i+n\lambda_0/\Lambda_y.

qx,m2+qy,n2\sqrt{q_{x,m}^2+q_{y,n}^2} را با non_o مقایسه کنید، نه فقط ∣qx∣|q_x|. مخروط دایروی جای بازهٔ یک‌بعدی را می‌گیرد. مثال همهٔ جفت‌های بالقوه باز در کران محافظه‌کار را می‌شمارد و توری دوبعدی شبیه‌سازی نمی‌کند.

Open rectangular-lattice orders in index 1.5: [(-1, 0), (0, -1), (0, 0), (0, 1)]
Loading...

۸. اسلایدر اختیاری ژوپیتر

مرجع ذخیره‌شده پیام وضعیت کوتاه دارد. ENABLE_WIDGETS=True را در سلول اول تنظیم، هسته را از نو آغاز و در ژوپیتر اجرا کنید. کنترل‌ها همان floquet_orders را دارند. HTML مستقل آزمایشگاه، تعامل مستقیم بدون هستهٔ پایتون می‌دهد.

Reference execution complete. Set ENABLE_WIDGETS=True in Jupyter for sliders, or use the browser explorer in the lab.

۹. تفسیر شواهد

مجموعهٔ باز و زاویهٔ علامت‌دار مثال نوری و مایکروویوی، آزمون قطع، مخرج فرنل و محدودیت آرایه را گزارش کنید. یک مقایسهٔ تمام‌موج با طرح مرز یا ریج پیشنهاد دهید.

در توسعه، دوره یا خروجی را تغییر، پاشندگی را پیاده یا عامل اسکالر را با الگوی مستند عنصر مقایسه کنید. نتیجهٔ تحلیلی، تجویزی، تمام‌موج و اندازه‌گیری را روشن جدا کنید. کانال درست، تحریک پربازدهٔ هدف توسط طرح را ثابت نمی‌کند.