فصل ۲: خودآزمایی و پروژهٔ کارآگاه موج

پس از فصل، ابتدا خودتان پاسخ دهید و بعد پاسخ‌های بازشدنی را ببینید. مثال‌های حل‌شده مراحل میانی را توضیح می‌دهند و آزمایشگاه شامل مرورگر، دفترچه، بستهٔ منبع و گزارش کنترل است. پیش‌بینی‌ها را ثبت کنید: پیش‌بینی نادرستی که دلیل رد شدنش روشن باشد، شاهد یادگیری است.

پرسش ۱: توان به کدام سمت می‌رود؟¶

موجی در هوا با $\widetilde{\mathbf E}=E_0\widehat{\mathbf y}e^{ik_0z}$ و وابستگی زمانی $e^{-i\omega t}$ داریم. میدان مغناطیسی باید به کدام جهت باشد؟ اگر انتشار را برعکس و قطبش الکتریکی را در $y$ نگه داریم چه می‌شود؟

پرسش ۲: میدان بزرگ نشانهٔ بهره است؟¶

مرز $n_i=1.5$ به $n_t=1$ ضرایب $r=0.2$ و $t=1.2$ می‌دهد. گزارشی $|t|^2=1.44$ را کسر توان عبوری می‌نامد و ادعای بهره می‌کند. اشکال گزارش و تراز توان صحیح چیست؟

پرسش ۳: در بردار جونز چه چیزی می‌چرخد؟¶

برای $(E_x,E_y)^T=(1,i)^T/\sqrt2$ در $z=0$، مسیر میدان الکتریکی را با قرارداد زمانی ما توصیف کنید. چه کسری از تحلیل‌گر خطی ایده‌آل می‌گذرد؟ آیا فاز کلی مشترک، بیضی قطبش را تغییر می‌دهد؟

پرسش ۴: چرا علامت منفی داریم؟¶

دو معادلهٔ پیوستگی مرز بدون ورقه را با دامنهٔ فرودی مماسی واحد استخراج کنید. چرا معادلهٔ مغناطیسی $1-r$ دارد؟ کدام قطبش در زاویهٔ بروستر هوا به شیشه بی‌بازتاب می‌شود؟

پرسش ۵: میدان عبوری کجاست؟¶

بالاتر از زاویهٔ بحرانی شیشه به هوا، توان عمودی عبوری صفر است. آیا میدان در تمام هوا صفر می‌شود؟ طول افت دامنه با طول افت شدت چه تفاوتی دارد؟ در آستانهٔ دقیق قطع TM چه احتیاطی لازم است؟

پرسش ۶: چرا لایهٔ اضافی کمک می‌کند؟¶

لایهٔ ضدبازتاب ایده‌آل در تابش عمودی $n_0=1$ را به $n_2=1.5$ وصل می‌کند. ضریب شکست و ضخامت ربع‌موج را در $\lambda_d=0.6\,\mu\mathrm m$ بیابید. اگر بازتاب صفر شود، آیا ضریب عبور الزاماً یک و فاز آن صفر است؟

پرسش ۷: این بازیابی ورقه معتبر است؟¶

هوای خالی در یک صفحهٔ مشترک $r=0,t=1$ دارد. جابه‌جایی تنها مرجع خروجی به اندازهٔ $\lambda_0/4$، مقدار $t=i$ می‌دهد. فرمول $g=2(1-t)/t$ رسانایی منفی برمی‌گرداند. پیش از ادعای مادهٔ فعال چه باید بررسی کرد؟ عدم‌قطعیت مطلق ثابت دامنه نزدیک $t=0$ چه اثری دارد؟

پرسش ۸: آیا فاز اتلاف را تغییر می‌دهد؟¶

ورقهٔ صرفاً الکتریکی در هوای یکسان $g=2$، $r=-1/2$ و $t=1/2$ دارد. جذب یک‌طرفه چقدر است؟ برای دو باریکهٔ خلاف‌جهت همدوس با توان کل واحد و اختلاف فاز 0، $90^\circ$ و $180^\circ$ چه کسری جذب می‌شود؟ آیا حد یک‌طرفه نقض شده است؟

پروژهٔ کارآگاه موج¶

مأموریت: گزارشی شواهدمحور بنویسید که سه معمای فصل را حل کند: دامنهٔ عبوری بزرگ‌تر از یک، میدان بدون کانال توان عمودی خروجی، و جذب وابسته به فاز در ورقهٔ ثابت.

1. پیش‌بینی: میدان‌های فرودی و خروجی را رسم کنید و پیش از محاسبه، دامنه‌ها، توان‌ها یا حدها را پیش‌بینی کنید.

2. بازتولید: دفترچهٔ تحلیلی را از هستهٔ تازه اجرا کنید. محیط، پارامترها، نسخهٔ منبع و گزارش کنترل را نگه دارید.

3. چالش: هر بار فقط یک کمیت را تغییر دهید: ضریب شکست یا زاویه، ضخامت نوری لایه، فاز نسبی جونز و رسانایی ورقه یا فاز روشن‌سازی. یک پیش‌بینی اولیهٔ ردشده را هم ثبت کنید.

4. تشخیص: روی کاغذ، یک بهنجارسازی غلط، تفسیر اشتباه صفحهٔ مرجع یا شاخهٔ رشدکنندهٔ اوانسنت را آزمایش کنید. توضیح دهید کدام کنترل فیزیکی خطا را آشکار می‌کند؛ مدل معتبر را در منبع محاسباتی تحویلی حفظ کنید.

5. پیوند: یک پاسخ ذخیره‌شده در کتابخانهٔ فصل ۳ را بررسی کنید. هندسه، قطبش، ضرایب شکست، طول موج، صفحات فاز، مخرج توان و کانال‌های باز را بیان و توضیح دهید مدل یکنواخت یا ورقهٔ موضعی این فصل چه چیزی را نشان نمی‌دهد.

6. پیشنهاد: برای نمونهٔ فیزیکی مشخص، یک آزمون مستقل لازم بنویسید. در پیشنهاد اندازه‌گیری، کالیبراسیون و عدم‌قطعیت را مشخص کنید.

دفترچهٔ اجراشده، حداقل یک ثبت پارامتر از مرورگر، شکل‌ها، جدول فشردهٔ پیش‌بینی و نتیجه، خروجی کنترل و گزارشی حدود ۳ تا ۴ صفحه تحویل دهید. پیش‌بینی ناموفق و اصلاح آن را هم بیاورید. کار پیشنهادی یا اجرا‌نشده را مشخص کنید. منابع ویرایش‌پذیر را از مسیر مشارکت به اشتراک بگذارید.

معیار پیشنهادی ارزیابی¶

این معیارها برای تنظیم مدرس پیشنهاد شده‌اند. نتیجهٔ منفی یا مدل ردشده با توضیح درست می‌تواند امتیاز علمی کامل بگیرد؛ شکل جذاب با مخرج توان غلط جای استدلال را نمی‌گیرد.

واژه‌های این فصل¶

واژه‌نامهٔ دو‌زبانهٔ مشترک را نیز ببینید. ادامهٔ هندسه و کانال پراش فعلاً در فصل ۳ و فصل ۴ در دسترس است. پیش از ادامه، هر نتیجهٔ مشکوک را در آزمایشگاه تکرار کنید.