MATLAB：绘制三维偏振光动画

基础

代码

基础

偏振光波包括线偏振、圆偏振、椭圆偏振几个方向，其中线偏振的电场公式为：

E⃗1=e⃗1E1ei(k⃗⋅r⃗−wt)\vec E_1=\vec e_1E_1e^{i(\vec k\cdot \vec r-wt)}E1​=e1​E1​ei(k⋅r−wt)

两个线偏振可以合成圆偏振和椭圆偏振，其区别在于相位和幅度。

将公式做变形处理，取实部：

E⃗1=e⃗1E10cos(k⃗⋅r⃗−wt+φ1)\vec E_1=\vec e_1E_{10}cos(\vec k\cdot \vec r-wt+\varphi_1)E1​=e1​E10​cos(k⋅r−wt+φ1​)

E⃗2=e⃗2E20cos(k⃗⋅r⃗−wt+φ2)\vec E_2=\vec e_2E_{20}cos(\vec k\cdot \vec r-wt+\varphi_2)E2​=e2​E20​cos(k⋅r−wt+φ2​)

代码

u0 = 4*pi*1e-7; %自由空间中的磁导率

e0 = 1e-9/(36*pi); %自由空间中的电介质常数

f = 3*1e8; %电磁波的频率,单位Hz

w = 2*pi*f;

k = w*(u0*e0)^0.5; %计算波数

pha=pi/2; %相位差

z=0:0.01:5; %假设传播方向沿+z正方向

i=1;

fmat=moviein(10000); %建立一个10000帧的动画

for t=0:0.05:2

Ex=cos(2*pi*t-k*z); %计算x方向上t时刻，z平面的电场振幅

Ey=cos(2*pi*t-k*z+pha); %计算y方向上t时刻，z平面的电场振幅，

h=figure;set(h,'Visible','off');%设置不弹窗，避免和movie重复了

plot3(Ex,Ey,z); %画3维图

xlabel('Ex') %x，y，z坐标名

ylabel('Ey')

zlabel('Z')

title('圆极化波传播','fontsize',14)

%图像命名

hold on

grid on %格点

hold on

quiver3(0,0,0,Ex(1),Ey(1),z(1)); %矢量箭头

hold off

fmat(:,i)=getframe; %抓取图像放入fmat

i=i+1;

end

h=figure(1);

set(h,'Visible','on');

movie(fmat,1,7); %将fmat以每秒7帧的速度播放一遍

此处建立的是动画，有许多不足的地方，例如：

fmat=moviein(10000); %建立一个10000帧的动画

提前开辟一个足够大的空间不如一边生成图片一边开辟

所以稍加改动重新设计了一个生成gif的程序

u0 = 4*pi*1e-7; %自由空间中的磁导率

e0 = 1e-9/(36*pi); %自由空间中的电介质常数

f = 3*1e8; %电磁波的频率,单位Hz

w = 2*pi*f;

k = w*(u0*e0)^0.5; %计算波数

pha=1.2; %相位差

z=0:0.01:5; %假设传播方向沿+z正方向

%i=1;

pic_num=1; %帧数

for t=0:0.05:5

Ex=cos(2*pi*t-k*z); %计算x方向上t时刻，z平面的电场振幅

Ey=2*cos(2*pi*t-k*z+pha); %计算y方向上t时刻，z平面的电场振幅，

plot3(Ex,Ey,z); %画3维图

xlabel('Ex') %x，y，z坐标名

ylabel('Ey')

zlabel('Z')

title('圆极化波传播','fontsize',14) %图像命名

hold on

grid on %格点

hold on

quiver3(0,0,0,Ex(1),Ey(1),z(1)); %矢量箭头

hold off

F=getframe; %抓取当前图像

I=frame2im(F);

[I,map]=rgb2ind(I,256);%因gif不支持三维数据，所以应调用 rgb2ind，将rgb图像转为关联256种色彩的索引图像

if t==0

imwrite(I,map,'test.gif','gif'); %创建一个.gif文件，将索引图像数组和其关联的颜色图写入

else

imwrite(I,map,'test.gif','gif','WriteMode','append','DelayTime',0.01);%将多个图像并入第一个，帧间加入0.01s的延时

end

pic_num=pic_num+1;

end

pic_num是gif的帧数，每保存一次图片pic_num+1