光課程設(shè)計(jì)報(bào)告——光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真

1、-PAGE . z郵電大學(xué)光學(xué)報(bào)告學(xué)院：電子工程學(xué)生：專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：光信息科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)：光信1103班設(shè)計(jì)名稱(chēng)：光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真課程設(shè)計(jì)目的1掌握反射系數(shù)及透射系數(shù)的概念；掌握反射光與透射光振幅和相位的變化規(guī)律；掌握布儒斯特角和全反射臨界角的概念。二、任務(wù)與要求對(duì)n1=1、n2=1.52及n1=1.52、n2=1的兩種情況下，分別計(jì)算反射光與透射光振幅和相位的變化，繪出變化曲線并總結(jié)規(guī)律。課程設(shè)計(jì)原理光在介質(zhì)界面上的反射和折射特性與電矢量的振動(dòng)方向密切相關(guān)。由于平面光波的橫波特性，電矢量可在垂直傳播方向的平面的任意方向上振動(dòng)，而它總可以分解成垂直于入射面振動(dòng)的分量和平行

2、于入射面振動(dòng)的分量，一旦這兩個(gè)分量的反射、折射特性確定，則任意方向上的振動(dòng)的光的反射、折射特性也即確定。菲涅耳公式就是確定這兩個(gè)振動(dòng)分量反射、折射特性的定量關(guān)系式。s分量和p分量垂直入射面的振動(dòng)分量- -s分量平行入射面的振動(dòng)分量- -p分量 定義：s分量、p分量的反射系數(shù)、透射系數(shù)分別為 2反射系數(shù)和透射系數(shù) 定義：s分量、p分量的反射系數(shù)、透射系數(shù)分別為 3菲涅耳公式 界面兩側(cè)的折射率和入射角，就可由折射定律確定折射角；進(jìn)而可由菲涅耳公式求出反射系數(shù)和透射系數(shù)。繪出如下按光學(xué)玻璃n=1.5和空氣界面計(jì)算，在光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)和光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)兩種情況下，反射系數(shù)、透射系數(shù)隨入

3、射角的變化曲線。光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì) (b)光由光密介質(zhì)射向光疏介反射光與入射光中s,p分量的相位關(guān)系：1n1n2時(shí)，光疏入射光密s分量的反射系數(shù)：反射光中的s分量與入射光中的s分量相位相反；反射光中的s分量相對(duì)入射光中的s分量存在一個(gè)相位突變(=)；p分量的反射系數(shù)：在圍,n2時(shí)，光密入射光疏s分量的反射系數(shù)：入射角在0到(臨界角，的圍，s分量的反射系數(shù)0。反射光中的s分量與入射光中的s分量同相位，=0；入射角時(shí)，發(fā)生全反射，；p分量的反射系數(shù)：在圍，0，反射光中的p分量相對(duì)入射光中的p分量有相位突變=)；在0，反射光中的p分量與入射光中的p分量相位一樣(=0)；入射角時(shí)，發(fā)生全反射，；

4、課程設(shè)計(jì)步驟流程圖定義變量n1,n2,f1. 給變量賦值,其中n1=1,n2=1.52,還有一種情況其中 n1=1.52,n2=1 設(shè)計(jì)for循環(huán)，使f1每循環(huán)一次加/1000，實(shí)現(xiàn)在f1每變化一次下，得 出相應(yīng)的反射系數(shù)，透射系數(shù)的值，從而得出程序的循環(huán)4根據(jù)程序仿真結(jié)果五、仿真結(jié)果分析結(jié)論：光在介質(zhì)面上的反射、透射特性有三個(gè)因素決定：入射光的偏振態(tài)，入射角，界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。光波由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)n1n2n1n2時(shí)，反射系數(shù)rs0,說(shuō)明反射光中的s分量與入射光中的s 分量相位相反。(即frs=)b.而p分量的反射系數(shù)rp在f10,說(shuō)明反射光中的p 分量與入射光中的p分量相位一樣。即

5、frp=0c.在f1fb圍，rpn2入射角f1在0到fc的圍，s分量的反射系數(shù)rs0,說(shuō)明反射光中s分量與入射光中的s分量同相位。即frs=0b.P分量的反射系數(shù)rp在f1fb圍，rp0,說(shuō)明反射光中的p分量相對(duì)入射光中的p分量有相位突變。即frp=c.在fbf10,說(shuō)明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位一樣。仿真小結(jié)光在介質(zhì)界面上的反射、透射特性由三個(gè)因素決定：1入射光的偏振態(tài)；2入射角;3界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。由rs、rp、ts、tp隨入射角的變化曲線可知，在入射角從0度到90度的變化圍，不管光波以什么角度入射至界面，也不管界面兩側(cè)折射率大小如何，s分量和p分量的透射系數(shù)t總是取正值，

6、因此，折射光總是與入射光同相位。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，掌握了反射系數(shù)及透射系數(shù)的概念，反射光與透射光振幅和相位的變化規(guī)律，布儒斯特角和全反射臨界角的概念。七、程序clear all;%n1=1;%n2=1.52;n1=1.52;n2=1;n=n2./n1;if n1n2 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

7、(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) for qa=0:pi/1000:pi/2 qb=asin(n1.*sin(qa)./n2); rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb); if rs=0 Frs=pi; else Frs=0; end plot(qa*180./pi,Frs,r) hold on end legend(Frs) %rp su

8、bplot(1,3,3) for qa=0:pi/1000:pi/2 qb=asin(n1.*sin(qa)./n2); rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb); if rp=0 Frp=pi; else Frp=0; end plot(qa*180./pi,Frp,b) hold on end legend(Frp)else subplot(1,3,1) qc=asin(n2./n1); qa=0:0.0001:qc; qb=asin(n1.*sin(qa)./n2); rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb); rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);

9、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) hold on qa=qc:0.0001:pi/2; tp=0; ts=0; rs=1; rp=1; plot(qa*180./pi,rs,r,qa*180./pi,rp,c,qa*180./pi,ts,b,qa*180./pi,tp,g) hold on legend(rs,rp,ts,t

10、p) %rs qc=asin(n2./n1); subplot(1,3,2) for qa=0:pi/1000:qc qb=asin(n1.*sin(qa)./n2); rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb); if rs=0 Frs=pi; else Frs=0; end plot(qa*180./pi,Frs,r) hold on end qa=qc:pi/1000:pi/2; Frs= 2.*atan(sqrt(sin(qa).2-(n.2)./cos(qa); plot(qa*180./pi,Frs,r) hold on legend(Frs) %rp subplot(1,3,3) for qa=0:pi/1000:qc; qb=asin(n1.*sin(qa)./n2); rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb); if rp=0 Frp=pi; else