光学知识

  散射是被投射波照射的物体表面曲率较大甚至不光滑时，其二次辐射波在角域上按一定的规律作扩散分布的现象。它是分子或原子相互接近时，由于双方具有很强的相互斥力，迫使它们在接触前就偏离了原来的运动方向而分开，这通常称为“散射”。散射是指由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去的现象。如一束光通过稀释后的牛奶后为白色，而从侧面和上面看，却是浅蓝色的。光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。弹性散射（涉及极微小的能量转移）主要有瑞利散射和米氏散射。非弹性散射包括布里渊散射，拉曼散射，康普顿散射等等。
  当光照射到物质上时，会发生非弹性散射，在散射光中除有与激发光波长相同的弹性成分（瑞利散射）外，还有比激发光波长长的和短的成分，后一现象统称为拉曼效应。这种现象于1928年由印度科学家拉曼所发现，因此这种产生新波长的光的散射被称为拉曼散射，所产生的光谱被称为拉曼光谱或拉曼散射光谱。
  在原子中，当原子以某种方式从基态提升到较高的能态时，原子内部的能量增加了，原子中的部分电子提升到激发态，然而激发态都不能维持，在经历很短的一段随机的时间后，被激发的原子就会回到原来能量较低的状态。在原子中，被激发的电子在回到能量较低的轨道时释放出一个光子，也就是说这些能量将被以光的形式发射出来，于是产生了原子的发射光谱，亦即原子光谱。因为这种原子能态的变化是非连续量子性的，所产生的光谱也由一些不连续的亮线所组成，所以原子光谱又被称作线状光谱。
  在分子中，电子态的能量比振动态的能量大50～100倍，而振动态的能量又比转动态的能量大50～100倍。因此在分子的电子态之间的跃迁中，总是伴随着振动跃迁和转动跃迁的，因而许多光谱线就密集在一起而形成分子光谱。因此，分子光谱又叫做带状光谱。
  平面波详解：https://wenku.baidu.com/view/733eb1610a4c2e3f5727a5e9856a561252d32129.html
  当电场的水平分量Ex与垂直分量Ey的相位相同，或相差180°时，形成平面极化波。合成电场的大小虽随时间变化，但方向保持在一直线上，因此称为线极化波，又称为平面极化波。
  TEM、TE、TM参考：https://blog.csdn.net/a493823882/article/details/80219286
  平面电磁波入射波的E波沿Y方向极化，称E极化波。也称TE波。在电磁波的传播方向上不存在电场分量，但存在磁场分量，称这种电磁波为横电波，简称TE波。
  平面电磁波入射波的H波沿X方向极化，称H极化波。也称TM波。在电磁波的传播方向上不存在磁场分量或者说磁场的振动方向垂直于波的传播方向，但存在电场分量，称这种电磁波为横磁波，简称TM波。平行极化波斜入射到理想导体表面时合成波为横磁波。横磁波（TM波）是属于导行电磁波的一种，和横电波（TE波）相对应。
  导行电磁波传播是在满足以下假设的条件下传播的：
  (1)波导的横截面形状和媒质特性沿轴线z不变化，即具有轴向均匀性，则导行波的电场和磁场分布只与坐标x、y有关，与坐标z无关。
  (2)金属波导为理想导体，即电导率σ=∞。波导内填充均匀、线性、各向同性的理想介质，即σ=0。
  (3)波导内没有激励源存在，即ρ=0和J=0。
  (4)电磁波沿波导纵向z轴传播，且场随时间作正弦变化。
  当导行电磁波满足以上四个条件时，导行电磁波在均匀导波系统中传播时，在传播方向上没有磁场分量，即Hz=0的电磁波为横磁波（TM波）。在传播方向上没有电场分量，即Ez=0的电磁波为横电波（TE波）。
  光的偏振（polarization of light）：振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。
  在FDTD中，TE模式TM模式分别是Transverse electric modes （横电模式）和Transverse magnetic modes（横磁模式）的简写，其实还有Transverse electromagnetic (TEM) modes和Hybrid modes（ HE or EH modes）。严格地说，TE横电模式指电场没有纵向分量，而TM横磁模式指磁场没有纵向分量，这种情况只能在金属波导中出现。在过去弱光学波导情况下，教科书近似使用上述定义，以便对一些简单波导给出一些近似的解析结果。然而，在现代光波导器件中，几乎全部都是混合模式，或者称之为 quasi-TE（准TE模式）和quasi-TM（准TM模式），多数情况下都简称为TE模式和TM模式。 要知道到底是TE模式还是TM模式，需要查看其电场的主分量（即振幅最大的分量），当然，前提是坐标系相同。有些特殊的波导，可能是传播方向的分量最大，但是不能以它来命名，因为我们说的是垂直于传播方向的分量，即横向分量。对于平面波，建议大家用XYZ偏振。 例如，如果光沿Z轴传播，平面波可以是X偏振（E的方向）、Y偏振，根据我们的定义，前者的偏振角为零，后者偏振角要设置为90度；如果偏振角为任意角度，那就是常见的线偏振，电场的方向就会在xy平面，一般很少用。
  波矢是一种表示波的矢量的方法。波矢是一个矢量，其大小表示角波数，其方向表示波传播的方向。波矢有两种常见的定义，区别在于振幅因子是否乘以2π，两种定义分别用于物理学和晶体学以及它们的相关领域。|k|=2π/λ=2πν/c=ω/c,意为2π长度上出现的全波数目。在波传播的方向上单位长度内的波周数目称为波数(常写为k)，其倒数称为波长。k=1/λ。从相位的角度出发，可理解为：相位随距离的变化率（rad/m）
  Fano共振参考：https://wenku.baidu.com/view/e23ba3f3b90d6c85ec3ac6e8.html
        https://baike.baidu.com/item/法诺共振/22687321?fr=aladdin
  表面等离激元参考：https://baike.baidu.com/item/表面等离激元/6231591?fr=aladdin