静电荷影响电磁波折射：理论与数值模拟

本文《静态表面电荷对电磁波传播方向的影响》由陈江伟和路怀先两位作者撰写，发表于南京大学物理系，探讨了表面静电荷如何影响电磁波的传播特性。他们的研究突破了传统的相位匹配条件，利用赫尔姆霍兹方程的边界条件和域分解方法的唯一性定理来重新诠释斯涅尔定律。他们指出，即使在非均匀介质中，通过这种方法可以推导出电磁波斜入射时，表面电荷密度对其传播方向以及与直射波之间的关系。 文章的核心内容是展示了如何避免传统上依赖于相位匹配条件，而是直接通过分析电磁场边界条件来解释光的折射现象。特别地，他们针对横磁（TM）波的斜入射情况，揭示了表面电荷如何导致波的分支现象。计算结果显示，表面电荷的分布、两种介质的波阻抗以及入射电场的幅度都会影响传输波的时间平均斯涅尔矢量的分布，进而影响折射角。 数值模拟实验进一步证实了这些理论发现，它表明随着表面电荷密度的变化，电磁波在斜入射时会被分成两个不同的路径，且传输波的Poynting流（能量传递的方向）与折射角之间存在显著的依赖关系。这项研究不仅扩展了电磁学的基本原理，也为理解和控制电磁波在含有表面电荷的环境中传播提供了新的视角。 关键词包括：斯涅尔定律、边界条件、表面电荷、数值模拟。文章的研究成果被分类为光学科学领域，具体编码为080.2720（电磁学）和080.1510（光学原理）。这篇首发论文为理解表面效应对电磁波传播的影响提供了一种新颖且深入的方法论，具有重要的学术价值和实践意义。