1、西安郵電大學光學報告電子工程光信息科學與技術學院學生姓名專業(yè)名稱光信1103班光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真一、課程設計目的1. 掌握反射系數(shù)及透射系數(shù)的概念；2. 掌握反射光與透射光振幅和相位的變化規(guī)律；3. 掌握布儒斯特角和全反射臨界角的概念。二、任務與要求對n 1=1、門2=及ni =、n2=1的兩種情況下，分別計算反射光 與透射光振幅和相位的變化，繪出變化曲線并總結(jié)規(guī)律三、課程設計原理根據(jù)麥克斯韋電磁理論，利用電矢量和磁矢量來分析光波在 兩介質(zhì)表面的反射特性，把平面光波的入射波、反射波和折射波 的電矢量分成兩個分量：一個平行于入射角，另一個垂直于入射 角，對平面光波在電介質(zhì)表

2、面的反射和折射進行分析，推導了菲涅爾公式，并結(jié)合 MATLAB研究光波從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)， 以及光波從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時的反射率、透射率、相位等隨入射角度的變換關系。同時對光波在不同介質(zhì)中傳播時的特性 變化進行仿真研究，根據(jù)仿真結(jié)果分析了布魯斯特角、全反射現(xiàn)象及相位變化的特點。有關各量的平行分量與垂直分量依次用指 標p和s來表示，s分量、p分量和傳播方向三者構(gòu)成右螺旋關 系。假設界面上的入射光，反射光和折射光同相位，根據(jù)電磁場 的邊界條件及S分量，P分量的正方向規(guī)定，可得Eis+Ers=Ets. 由著名的菲涅耳公式：rs=EOrs/EOis=-(tan 6 1-tan 6 2)/(ta

3、n 6 1+tan 6 2); rp=EOrp/EOip=(sin2 6 1-sin2 6 2)/ (sin2 6 1+sin2 6 2); ts=E0ts/E0is=2n1cos 6 1/n 1cos 6 1+n2cos 6 2; tp=E0tp/E0ip=2n1cos 6 1/n2cos 6 1+ n1cos 6 2;反射與折射的相位特性1. 折射光與入射光的相位關系S分量與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。2. 反射光與入射光的相位關系1 ）光波由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)n 1n2時，反射系數(shù)rs0,說明反射光中的s分量與入射光中的 s分量相位相反，即存在一個n

4、的相位突變。而 p分量的反射系 數(shù)rp在B 10,說明反射光中的p分量與入射 光中的p分量相位相同；在6 16 b的范圍內(nèi)，rpn2時，入射角在0_6 c之間時，rs0,說明反射光中的s 分量與入射光的s分量的相位相同。p分量的反射系數(shù)rp在6 1 6 b范圍內(nèi)，rp0,說明反射光中的p分量相對入射光的p分 量有一個n的相位突變，而在6 b 6 10,說明 反射光中的p分量與入射光的中的p分量相位相同。四、課程設計步驟（流程圖）五、仿真結(jié)果分析n1n2 rs（紅）rp（綠）ts （藍）,tp （品紅）隨入射角st1的變化曲線st1(a) n1n23.52.5st1P(b)n1n43210010

5、2030405060708090st1(d)n3n401020304050607080st1901. 折射光與入射光的相位關系S分量與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。2. 反射光與入射光的相位關系1 ）光波由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)n 1n2時，反射系數(shù)rs0,說明反射光中的s分量與入射光中的 s分量相位相反，即存在一個n的相位突變。而p分量的反射系數(shù)rp在B 10,說明反射光中的p分量與入射 光中的p分量相位相同；在616 b的范圍內(nèi)，rpn2時，入射角在0_6 c之間時，rs0,說明反射光中的s 分量與入射光的s分量的相位相同。p分量的反射系數(shù)rp在6 1 6

6、b范圍內(nèi)，rp0,說明反射光中的p分量相對入射光的p分 量有一個n的相位突變，而在6 b 6 10,說明 反射光中的p分量與入射光的中的p分量相位相同。六、仿真小結(jié)如果已知界面兩側(cè)的折射率n1,n2和入射角6 1，就可由折射定律確定折射角6 2,進而可由上面的菲涅耳公式求出反射系數(shù)和 透射系數(shù)。仿真結(jié)果圖a繪出了按光學玻璃(n=)和空氣界面計 算，在n1n2(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)歲入射角61的變化曲線七、程序St=li nspace(0,90,1000);st1= St.*pi./180;n1=1;n2=;st2=asi n(n 1.*si n(st1)./

7、n2);stb=ata n(n 2/n1);subplot(3,2,1);rs=-(ta n(st1)-ta n(st2)./(ta n(st1)+ta n( st2);plot(St,rs,r,L in eWidth,1);hold on;rp=(s in (2.*st1)-si n( 2.*s t2)./(s in (2.*st1)+si n(2.*s t2);plot(St,rp,g,Li neWidth,1);hold on;ts=(2.* n1.*cos(st1)./( n1.*cos(st1)+n2.*cos(s t2);plot(St,ts,b,L in eWidth,1);ho

8、ld on;tp=(2.* n1.*cos(st1)./( n2.*cos(st1)+n1.*cos(s t2);plot(St,tp,m,L in eWidth,1);hold on;frs=0;st1 的變化曲線 )STB=stb*180/pi; plot(STB,frs,-bo); hold on;hold on; frs=0; plot(St,frs,-k); xlabel(st1),ylabel(r,t);title(n1n4rs(紅)，rp(綠)，ts (藍)，tp (品紅)隨入射角n1=1;n2=;n=n2/n1;stb=atan(n2/n1);St=linspace(0,90,

9、1000); st1=St.*pi./180;subplot(3,2,3);for st1=0:pi/2000:pi/2st2=asin(n1.*sin(st1)./n2); rs=-(tan(st1)-tan(st2)./(tan(st1)+tan(st2);if rs0frs=pi;elsefrs=0;endendhold on;STB=stb*180/pi;plot(STB,frs,-bo);hold on;plot(St,frs,r,LineWidth,1);hold on;xlabel(st1),ylabel(frs); title( ( a) n1n2)stb=stb*180/pi

10、;St=linspace(0,stb,1000);st1=St.*pi./180;subplot(3,2,4);for st1=0:stb/1000:stbst2=asin(n1.*sin(st1)./n2);rp=(sin(2.*st1)-sin(2.*st2)./(sin(2.*st1)+sin(2.*st2);if rp0frp=pi;elsefrp=0;endendplot(St,frp,r,LineWidth,1);hold on;St=linspace(stb,90,1000); st1=St.*pi./180;for st1=stb:(pi/2-stb)/1000:pi/2 st

11、2=asin(n1.*sin(st1)./n2); rp=(sin(2.*st1)-sin(2.*st2)./(sin(2.*st1)+sin(2.*st2); if rp0frp=pi;elsefrp=0;endend plot(St,frp,r,LineWidth,1);hold on;frp=0;plot(stb,frp,-bo); xlabel(st1),ylabel(frp);title( (b) n1n4) stb=atan(n4/n3);stb=stb*180/pi;St=linspace(0,stb,1000);st3=St.*pi./180;subplot(3,2,6); frp=pi;plot(St,frp,b,LineWidth,1);hold on;stc=asin(n4/n3);stc=stc*180/pi; St=linspace(stb,stc,1000);frp=0; plot(St,frp,b,LineWidth,1); hold on;St=linspace(stc,90,1000);st3=St.*pi./180;frp=2.*