2光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真.doc

西安邮电大学光学课程设计 课程设计名称：光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真 课程设计目的 1．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 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。 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内的任意方向上振动，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。 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。 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： 在范围内,＞0，反射光中的p分p量与入射光中的分量相位相同(=0)； 在范围内,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）n1n2时，光密入射光疏 s分量的反射系数： 入射角在0到(临界角，）的范围内，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； 入射角时，发生全反射，（）； p分量的反射系数： 在＜范围内，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（=)； 在范围内，0，反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同(=0)； 入射角时，发生全反射，； 课程设计步骤（流程图） 定义变量n1,n2,f1. 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 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。 光波由光疏介质射向光密介质（n1n2） 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frs=() b.而p分量的反射系数rp在f1fb范围内，rp0,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f1fb范围内，rp0,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=(） 光波由光密介质射向光疏介质（n1n2） 入射角f1在0到fc的范围内，s分量的反射系数rs0,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f1fb范围内，rp0,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。（即frp=(） c.在fbf1fc范围内，rp0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同。 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度的变化范围内，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 clear all; %n1=1; %n2=1.52