光学课程设计光波在介质中界面上的反射和透射特性的仿真(2).doc

. . PAGE word版本 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 1．掌握反射系数及透射系数的概念； 2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律； 3．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 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. 由著名的菲涅耳公式： rs=E0rs/E0is=-(tanθ1-tanθ2)/(tanθ1+tanθ2); rp=E0rp/E0ip=(sin2θ1-sin2θ2)/ (sin2θ1+sin2θ2); ts=E0ts/E0is=2n1cosθ1/n1cosθ1+n2cosθ2; tp=E0tp/E0ip=2n1cosθ1/n2cosθ1+n1cosθ2; 反射与折射的相位特性 1.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。 2.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π的相位突变。而p分量的反射系数rp在θ1θb的范围内，rp0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同；在θ1θb的范围内，rp0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量有一个π的相位突变。 2）光波由光密介质射向光疏介质 n 1n2时，入射角在0_θc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θ1θb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π的相位突变，而在θbθ1θc范围内，rp0,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） 开 始 开 始 已知界面两侧的折射率n1,n2和入射角θ1，就可由折射定律确定折射角θ2 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系数岁入射角θ1变化的曲线 判断反射系数透射系数rp,rs分别在n1n2,n1n2情况下是否小于0从而得出相位变化关系 用plot输出绘出相位与入射角的变化曲线 结 束 五、仿真结果分析 1.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。 2.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π的相位突变。而p分量的反射系数rp在θ1θb的范围内，rp0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同；在θ1θb的范围内，rp0,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量有一个π的相位突变。 2）光波由光密介质射向光疏介质 n 1n2时，入射角在0_θc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θ1θb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π的相位突变，而在θbθ1θc范围内，rp0,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θ1，就可由折射定律确定折射角θ2，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(光由光疏介质射向光密介质)和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θ1的变化曲线 七、程序 St=l