关于光强和光功率不同方法计算的问题

孙老师您好,在利用DFM监视器用不同方法计算光强和光功率时,仿真模型usr_CW_freespace.fsp (562.1 KB) ,我发现了一些问题:

  1. 在教科书中,我学到光强I = |<S>|即坡印廷矢量的时间平均值的绝对值。那么,在FDTD中,我认为光强I = abs( P )。
    在计算光强时,我用了两种方法,(1)从DFM观测P;(2)用公式I = 0.5 *epsilon *c *abs(E)^2。然而,会发现(1)=2 *(2),即(2)中的0.5是不应该有的。所以我比较疑惑,光强和坡印廷矢量的关系是什么?calculate_Intensity.lsf (490 Bytes)
  2. 计算功率时,我用了4种方法,在脚本中,您可以发现:用P积分得到的功率P4,以及用I=0.5 *epsilon *c abs(E)^2,然后用IS得到功率P3,这两个结果是相同的,原因在于此时P4的积分包含了一个0.5,所以只有P3包含0.5才能相等。calculate_power.lsf (858 Bytes)
    但是,问题在于,因为P1=P2=P3=P4,且都是功率,所以用它们除以面积,得到了光强,但是您会发现,这种“由功率P3和P4推导光强“” 和“用问题1中的两个方法直接计算光强”却差两倍关系,我感觉是我没有意识到光强和光功率计算的公式原理,还需老师指导。
  3. 在time monitor中,用上面的方法计算一下光强和光功率,我发现:不管是计算光强还是光功率,坡印廷矢量都不需要乘以0.5,abs( E)^2也不需要乘以0.5,脚本文件time intensity.lsf (473 Bytes) time power.lsf (598 Bytes) ,请问您time monitor和DFM为什么有这样的差别?
    谢谢老师!

谢谢你提出这些问题.
A1: 软件是直接通过信号的傅里叶变换得到的,因此,与教科书中的rms振幅或者时间平均振幅并不相等.I = 0.5 *epsilon *c *abs(E)^2应该是教科书中的定义,时间域的最大值.
所以我们使用公式还需要了解每个量的定义. 另外, PZ只是颇印廷矢量,不直接代表光强.它是E叉乘H共轭的结果,没有0.5因子,当然就差2倍了.

A2: 你很细心,不过, P1 本身就等于P2,已经有0.5 这个因子了, P4 就是我们用的定义,也就是P1的计算方法.https://support.lumerical.com/hc/en-us/articles/360034405354-transmission

A3:你需要知道,时间域和频率域是不同的,时间域并没有0.5 这个因子.这个因子是对sine平方积分才得出来的.

谢谢老师,我明白了!

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