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程涵方程

程涵方程,也稱為Eikonal方程,是一種非線性偏微分方程,通常用於波動傳播的問題中。它起源於電磁學的麥克斯韋爾方程組,並在物理光學(波動光學)和幾何光學(射線光學)之間起到連線作用。程涵方程可以通過WKB理論近似波動方程來得到,並且在光的波長趨向於0時,可以近似為幾何光學理論。

程涵方程的一般形式可以表示為 |▽u(x)|=F(x),其中x屬於某個區域Ω。在特定的約束條件下,例如邊界u(x)為0,程涵方程可以用來描述光的傳播路徑。在幾何光學中,程函方程描述的是光線在介質中的傳播路徑,其中程函值表示實際光線的線長,而程函差則表示光程差。

在推導程涵方程時,通常會從麥克斯韋爾方程出發,得到光的電磁波方程,並將其表示為振幅的複函數和相位的複函數。相位可以進一步分解為位移相位和振動角頻率相位。在復指數形式下,位移相位可以表示為 k0*n*r*s,其中k0是真空中的波矢量,n是折射率,s是光線的單位矢量,r是位移。程函方程可以表示為 [grad(n*S)]^2=n^2,其中S表示實際光線的線長,而程函差則表示光程差。