光课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真设计Word文档格式.docx

光课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真设计Word文档格式.docx

《光课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真设计Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光课程设计光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真设计Word文档格式.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

二、任务与要求

对n1=1、n2=1.52及n1=1.52、n2=1的两种情况下，分别计算反射光与透射光

振幅和相位的变化，绘出变化曲线并总结规律。

3、课程设计原理

光在介质界面上的反射和折射特性与电矢量的振动方向密切相关。

由于平面光波

的横波特性，电矢量可在垂直传播方向的平面的任意方向上振动，而它总可以

分解成垂直于入射面振动的分量和平行于入射面振动的分量，一旦这两个分量的

反射、折射特性确定，则任意方向上的振动的光的反射、折射特性也即确定。

菲

涅耳公式就是确定这两个振动分量反射、折射特性的定量关系式。

（1）s分量和p分量

垂直入射面的振动分量--s分量

平行入射面的振动分量--p分量

定义：

s分量、p分量的反射系数、透射系数分别为

（2）反射系数和透射系数

定义：

s分量、p分量的反射系数、透射系数分别为

（3）菲涅耳公式

已知界面两侧的折射率

和入射角

，就可由折射定律确定折射角

；

进而可由菲涅耳公式求出反射系数和透射系数。

绘出如下按光学玻璃（n=1.5）和空气界面计算，在

（光由光疏介质射向光密介质）和

（光由光密介质射向光疏介质）两种情况下，反射系数、透射系数随入射角

的变化曲线。

（a）光由光疏介质射向光密介质（b）光由光密介质射向光疏介

反射光与入射光中s,p分量的相位关系：

（1）n1＜n2时，光疏入射光密

s分量的反射系数

反射光中的s分量与入射光中的s分量相位相反；

反射光中的s分量相对入射光中的s分量存在一个

相位突变（

=

）；

p分量的反射系数

在

<

围,

＞0，反射光中的p分p量与入射光中的分量相位相同（

=0）；

>

0，反射光中的p分量相对入射光中的p分量有π相位突变（

（2）n1>

n2时，光密入射光疏

入射角

在0到

（临界角，

）的围，s分量的反射系数

＞0。

反射光中的s分量与入射光中的s分量同相位，

=0；

时，发生全反射，

（

＜

围，

0，反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同（

4、课程设计步骤（流程图）

（1）定义变量n1,n2,f1.

（2）给变量赋值,其中n1=1,n2=1.52,还有一种情况其中

n1=1.52,n2=1

（3）设计for循环，使f1每循环一次加/1000，实现在f1每变化一次下，得

出相应的反射系数，透射系数的值，从而得出程序的循环

（4）根据程序仿真结果

五、仿真结果分析

结论：

光在介质面上的反射、透射特性有三个因素决定：

入射光的偏振态，入射

角，界面两侧介质的折射率。

（1）光波由光疏介质射向光密介质（n1<

n2）

a.n1<

n2时，反射系数rs<

0,说明反射光中的s分量与入射光中的s分量相位相反。

（即frs=）

b.而p分量的反射系数rp在f1<

fb围，rp>

0,说明反射光中的p分量与入射光

中的p分量相位相同。

（即frp=0）

c.在f1>

fb围，rp<

0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位突变。

（即frp=）

（2）光波由光密介质射向光疏介质（n1>

a.入射角f1在0到fc的围，s分量的反射系数rs>

0,说明反射光中s分量与入射

光中的s分量同相位。

（即frs=0）

b.P分量的反射系数rp在f1<

0,说明反射光中的p分量相对入射光中

的p分量有相位突变。

c.在fb<

f1<

fc围，rp>

0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同。

6、仿真小结

光在介质界面上的反射、透射特性由三个因素决定：

（1）入射光的偏振态；

（2）

入射角;

（3）界面两侧介质的折射率。

由rs、rp、ts、tp随入射角的变化曲线

可知，在入射角从0度到90度的变化围，不论光波以什么角度入射至界面，

也不论界面两侧折射率大小如何，s分量和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。

通过本次实验，掌握了反射系数及透射系数的

概念，反射光与透射光振幅和相位的变化规律，布儒斯特角和全反射临界角的概

念。

七、程序

clearall;

%n1=1;

%n2=1.52;

n1=1.52;

n2=1;

n=n2./n1;

ifn1<

n2

subplot（1,3,1）

qa=0:

pi/100:

pi/2;

qb=asin（n1.*sin（qa）./n2）;

rs=-sin（qa-qb）./sin（qa+qb）;

rp=tan（qa-qb）./tan（qa+qb）;

ts=2.*cos（qa）.*sin（qb）./sin（qa+qb）;

tp=2.*cos（qa）.*sin（qb）./sin（qa+qb）./cos（qa-qb）;

plot（qa*180./pi,rs,'

r'

qa*180./pi,rp,'

c'

qa*180./pi,ts,'

b'

qa*180./pi,tp,'

g'

）

legend（'

rs'

'

rp'

ts'

tp'

%rs

subplot（1,3,2）

forqa=0:

pi/1000:

pi/2

ifrs<

=0

Frs=pi;

else

Frs=0;

end

plot（qa*180./pi,Frs,'

holdon

Frs'

%rp

subplot（1,3,3）

ifrp<

Frp=pi;

Frp=0;

plot（qa*180./pi,Frp,'

holdon

Frp'

else

subplot（1,3,1）

qc=asin（n2./n1）;

0.0001:

qc;

qa=qc:

tp=0;

ts=0;

rs=1;

rp=1;

）

subplot（1,3,2）

qc

Frs=2.*atan（sqrt（sin（qa）.^2-（n.^2））./cos（qa））;

Frp=2.*atan（sqrt（sin（qa）.^2-（n.^2））./cos（qa）./n.^2）;

end