光学课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真

1、光学课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真文件管理序列号：K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688西安邮电大学光学报告学 院:电子工程学生姓名：专业名称：光信息科学与技术班 级：光信1103班光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真一、课程设计目的掌握反射系数及透射系数的概念；掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律；掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。二、任务与要求与透射光*幅和相位的I及化;%5出变化曲线并总结规律分别计算反射光三、课程设计原理根据麦克斯韦电磁理论，利用电矢量和磁矢量来分析光波在两介质 表面的反射特性，把平面光波的入射波、反射波和折射波的电矢量

2、分成 两个分量：一个平行于入射角，另一个垂直于入射角，对平面光波在电 介质表面的反射和折射进行分析，推导了菲涅尔公式，并结合MATLAB研 究光波从光疏介质进入光密介质，以及光波从光密介质进入光疏介质时 的反射率、透射率、相位等随入射角度的变换关系。同时对光波在不同 介质中传播时的特性变化进行仿真研究，根据仿真结果分析了布鲁斯特 角、全反射现象及相位变化的特点。有关各量的平行分量与垂直分量依 次用指标P和s来表示，s分量、p分量和传播方向三者构成右螺旋关 系。假设界面上的入射光，反射光和折射光同相位，根据电磁场的边界 条件及S分量，P分量的正方向规定，可得Eis+Ers=Ets.由着名的菲涅耳

3、公式：rs=E0rs/E0is=-(tan 0 1-tan 0 2)/(tan。1+tan。2);rp=E0rp/E0ip=(sin2 0 1-sin2 0 2)/ (sin2 0 1+sin2 0 2); ts=E0ts/E0is=2n1cos 0 1/n1cos 0 1+n2cos 0 2;tp=E0tp/E0ip=2n1cos 0 1/n2cos 0 1+n1cos 0 2;反射与折射的相位特性折射光与入射光的相位关系S分量与P分量的透射系数t总是取正值，因此，折射光总是与入射光 同相位。反射光与入射光的相位关系1)光波由光疏介质射向光密介质n1n2时，反射系数rs0,说明反射光中的s分

4、量与入射光中的s分量 相位相反，即存在一个n的相位突变。而p分量的反射系数rp在0 10,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相 同；在0 19 b的范围内，rpn2时，入射角在0_0c之间时，rs0,说明反射光中的s分量与入 射光的s分量的相位相同。p分量的反射系数rp在010b范围内， rp0,说明反射光中的p分量相对入射光的p分量有一个n的相位突变， 而在0b010,说明反射光中的p分量与入射光的中的 p分量相位相同。四、课程设计步骤（流程图）已知界面两侧的折射率n1,n2和入射角01，就可由折射定律确定折射角0 2由菲涅耳公式求出反射系数和透射系数用plot输出绘出反射系数与透射

5、系数岁入射角0 1判断反射系数透射系数rp,rs分别在n1n2情用plot输出绘出相位与入射角的变化曲线结五、仿真结果分析折射光与入射光的相位关系S分量与P分量的透射系数t总是取正值，因此，折射光总是与入射光 同相位。反射光与入射光的相位关系1）光波由光疏介质射向光密介质n1n2时，反射系数rs0,说明反射光中的s分量与入射光中的s分量 相位相反，即存在一个n的相位突变。而p分量的反射系数rp在0 10,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同；在0 10b的范围内，rpn2时，入射角在0_0c之间时，rs0,说明反射光中的s分量与入 射光的s分量的相位相同。p分量的反射系数rp在0 1

6、0b范围内， rp0,说明反射光中的p分量相对入射光的p分量有一个n的相位突变， 而在0b010,说明反射光中的p分量与入射光的中的 p分量相位相同。六、仿真小结如果已知界面两侧的折射率n1,n2和入射角0 1，就可由折射定律确定折 射角0 2,进而可由上面的菲涅耳公式求出反射系数和透射系数。仿真结 果图a绘出了按光学玻璃(n=1.5)和空气界面计算，在n1n2(光由光密介质射向光疏介质)两种情况下， 反射系数，透射系数岁入射角0 1的变化曲线七、程序St=linspace(0,90,1000);st1二St.*pi./180;n1=1;n2=1.52;st2=asin(n1.*sin(st1

7、)./n2);stb=atan(n2/n1);subplot(3,2,1);rs=-(tan(st1)-tan(st2)./(tan(st1)+tan(st2);plot(St,rs,r,LineWidth,1);hold on;rp=(sin(2.*st1)-sin(2.*st2)./(sin(2.*st1)+sin(2.*st2);plot(St,rp,g,LineWidth,1);hold on;ts=(2.*n1.*cos(st1)./(n1.*cos(st1)+n2.*cos(st2);plot(St,ts,b,LineWidth,1);tp=(2.*n1.*cos(st1)./(n

8、2.*cos(st1)+n1.*cos(st2);plot(St,tp,m,LineWidth,1);hold on;frs=0;STB二stb*180/pi;plot(STB,frs,-bo);hold on;hold on;frs=0;plot(St,frs,-k);xlabel(st1),ylabel(r,t);title(n1n4 rs(红)，rp(绿)，ts (蓝)，tp (品红)随入射角 st1 的变化曲线)n1=1;n2=1.52;n=n2/n1;stb=atan(n2/n1);St=linspace(0,90,1000);st1二St.*pi./180;subplot(3,2,

9、3);for st1=0:pi/2000:pi/2st2二asin(n1.*sin(st1)./n2);rs=-(tan(st1)-tan(st2)./(tan(st1)+tan(st2);if rs0frs=pi;elsefrs=0;endendhold on;STB二stb*180/pi;plot(STB,frs,-bo);hold on;plot(St,frs,r,LineWidth,1);hold on;xlabel(st1),ylabel(frs);title(a)n1n2)stb二stb*180/pi;St=linspace(0,stb,1000);st1二St.*pi./180;

10、subplot(3,2,4);for st1=0:stb/1000:stbst2=asin(n1.*sin(st1)./n2);rp=(sin(2.*st1)-sin(2.*st2)./(sin(2.*st1)+sin(2.*st2);if rp0frp二pi;elsefrp=0;end endplot(St,frp,r,LineWidth,1);hold on;St=linspace(stb,90,1000);st1二St.*pi./180;for st1=stb:(pi/2-stb)/1000:pi/2st2=asin(n1.*sin(st1)./n2);rp=(sin(2.*st1)-s

11、in(2.*st2)./(sin(2.*st1)+sin(2.*st2);if rp0frp二pi;elsefrp=0;endendplot(St,frp,r,LineWidth,1);hold on;frp=0;plot(stb,frp,-bo);xlabel(st1),ylabel(frp);title(b)n1n4)stb=atan(n4/n3);stb二stb*180/pi;St=linspace(0,stb,1000);st3二St.*pi./180;subplot(3,2,6);frp二pi;plot(St,frp,b,LineWidth,1);hold on;stc=asin(n4/n3);stc二stc*180/pi;St=linspace(stb,stc,1000);frp=0;plot(St,frp,b,LineWidth,1);hold on;St=linspace(stc,90,1000);st3二St.*pi./180;frp=2.