光課程設(shè)計(jì)-光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式西安郵電大學(xué)光學(xué)報(bào)告學(xué)院：電子工程學(xué)生姓名：專業(yè)名稱：光信息科學(xué)與技術(shù)班級：光信1103班整理為word格式整理為word格式整理為word格式設(shè)計(jì)名稱：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內(nèi)的任意方向上振動，而它總可以分解成垂直于入射面振動的分量和平行于入射面振動的分量，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的光的反射、折射特性也即確定。菲整理為word格式整理為word格式整理為word格式涅耳公式就是確定這兩個(gè)振動分量反射、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分量--s分量平行入射面的振動分量--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）菲涅耳公式整理為word格式整理為word格式整理為word格式已知界面兩側(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：（1）n1＜n2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<范圍內(nèi),＞0，反射光中的p分p量與入射光中的分量相位相同(=0)；在>范圍內(nèi),<0，反射光中的p分量相對入射光中的p分量有π相位突變(=)；（2）n1>n2時(shí)，光密入射光疏整理為word格式整理為word格式整理為word格式s分量的反射系數(shù)：入射角在0到(臨界角，）的范圍內(nèi)，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＜范圍內(nèi)，<0，反射光中的p分量相對入射光中的p分量有π相位突變（=)；在<<范圍內(nèi)，>0，反射光中的p分量與入射光中的p分量相位相同(=0)；入射角>時(shí)，發(fā)生全反射，；課程設(shè)計(jì)步驟（流程圖）整理為word格式整理為word格式整理為word格式定義變量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)果分析整理為word格式整理為word格式整理為word格式結(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)（n1<n2）n1<n2時(shí)，反射系數(shù)rs<0,說明反射光中的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f1<fb范圍內(nèi)，rp>0,說明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位相同。（即frp=0）c.在f1>fb范圍內(nèi)，rp<0,說明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位突變。（即frp=）整理為word格式整理為word格式整理為word格式光波由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)（n1>n2）入射角f1在0到fc的范圍內(nèi)，s分量的反射系數(shù)rs>0,說明反射光中s分量與入射光中的s分量同相位。（即frs=0）b.P分量的反射系數(shù)rp在f1<fb范圍內(nèi)，rp<0,說明反射光中的p分量相對入射光中的p分量有相位突變。（即frp=）c.在fb<f1<fc范圍內(nèi)，rp>0,說明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位相同。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度的變化范圍內(nèi)，不論光波以什么角度入射至界面，也不論界面兩側(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，因此，折射光總是與入射光同相位。通過本次實(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。整理為word格式整理為word格式整理為word格式七、程序clearall;%n1=1;%n2=1.52;n1=1.52;n2=1;n=n2./n1;ifn1<n2subplot(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')%rssubplot(1,3,2)forqa=0:pi/1000:pi/2qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb);ifrs<=0Frs=pi;elseFrs=0;endplot(qa*180./pi,Frs,'r')holdonendlegend('Frs')%rpsubplot(1,3,3)forqa=0:pi/1000:pi/2qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);ifrp<=0Frp=pi;elseFrp=0;end整理為word格式整理為word格式整理為word格式plot(qa*180./pi,Frp,'b')holdonendlegend('Frp')elsesubplot(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);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')holdonqa=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')holdonlegend('rs','rp','ts','tp')%rsqc=asin(n2./n1);subplot(1,3,2)forqa=0:pi/1000:qcqb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb);ifrs<=0Frs=pi;elseFrs=0;endplot(qa*180./pi,Frs,'r')holdonendqa=qc:pi/1000:pi/2;Frs=2.*atan(sqrt(sin(qa).^2-(n.^2))./cos(qa));整理為word格式整理為word格式整理為word格式plot(qa*180./pi,Frs,'r')holdonlegend('Frs')%rpsubplot(1,3,3)forqa=0:pi/1000:qc;qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);ifrp<=0Frp=pi;elseFrp=0;endplot(q