1、西安郵電大學電子工程學 院:學生姓名:光信息科學與技術專業名稱:光信1103班光波在介質中界面上的反射及透射特性 的仿真一、課程設計目的1. 掌握反射系數及透射系數的概念；2. 掌握反射光與透射光振幅和相位的變化規律；3. 掌握布儒斯特角和全反射臨界角的概念。二、任務與要求對血二1、n2=1.52及如二152、血二1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規律三、課程設計原理根據麥克斯韋電磁理論,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

2、介質表面的反射和折射進行分析，推導了菲 涅爾公式，并結合MATLAB研究光波從光疏介質進入光密介質， 以及光波從光密介質進入光疏介質時的反射率、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中傳播時的特性 變化進行仿真研究，根據仿真結果分析了布魯斯特角、全反射現 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，根據電磁場 的邊界條件及S分量，P分量的正方向規定，可得Eis+Ers二Ets. 由著名的菲涅耳公式：rs=EOrs/EOis=- (tan 0 1-tan 0

3、2)/ (tan 0 1+tan E 2)； rp=EOrp/EOip= (sin2 0 l-sin2 6 2)/ (sin2 0 l+sin2 O 2)； ts=E0ts/E0is=2nlcos 0 1/nlcos 0 l+n2cos 0 2； tp=EOtp/EOip=2n1cos 0 l/n2cos 0 1+nlcos 3 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）光波由光疏介質射向光密介質nln2時，反射系數rs0,說明反射光中的P分量與入射 光中的P分量相位相同；在0 l6

4、b的范圍內，rpn2時，入射角在0_ec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rp在8 l0b范圍內，rp0,說明反射光中的p分量相對入射光的p分 量有一個兀的相位突變，而在9 b 0 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、仿真結果分析I a: nsI ti nin21折射光與入射光的相位關系S分量與P分量的透射系數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）光波由光疏介質射向光密介質nln2時，反射系數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

5、在一個兀的相位突變。而p分量的反射系 數rp在ei0,說明反射光中的p分量與入射 光中的P分量相位相同；在0 16b的范圍內，rpO,說明反射 光中的P分量與入射光中的P分量有一個n的相位突變。2）光波由光密介質射向光疏介質n ln2時，入射角在O_0c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rp在8 leb范圍內，rp0,說明反射光中的P分量相對入射光的p分 量有一個兀的相位突變，而在9b0 l0,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 如果已知界面兩側的折射率nl, n2和入射角0 1,就可由折射定 律確定折射角8 2,進

6、而可由上面的菲涅耳公式求出反射系數和 透射系數。仿真結果圖a繪出了按光學玻璃（n=1.5）和空氣界 面計算，在nln2 （光由光 密介質射向光疏介質）兩種情況下，反射系數，透射系數歲入射 角9 1的變化曲線七、程序St=linspace(0.90000);stl=St.*pi./180;nl=l;n2=1.52;st2=asin(n l.*sin(stl )./n2);stb=atan(n2/nl);subploi(321)；rs=-(tan(st 1 )-tan(st2)./(tan(stl )+tan(st2);plot(St js；r,；LineWidth 1);hold on;rp=(

7、si n(2.*stl)-sin(2.*st2)./(sin(2.*stl)+sin(2.*st2);plot(St,rp/gVLineWidth 1);hold on;ts=(2.*n l.*cos(st 1 )./(n l.*c os(stl )+n2.*cos(st2);plot(St4s/b,/LineWidthl);hold on;tp=(2.*n l.*cos(stl )./(n2.*cos(stl)+n 1 *cos(s )；plot(St ,tp/m,/LineWidth 1);hold on:frs=0;STB=stb*180/pi;plot(STBJrs：-bor);hol

8、d onihold on;frs=O;plot(StJrs；-k,);xlabcl(,str),ylabel(V);titlefnln4 rs(紅)，rp(綠)，ts (藍)，tp (品紅)隨入射角st 1的變化曲線) nl=l;n2=1.52;n=n2/nl;stb=atan(n2/nl);St=linspace(0.90000);stl=St.*pi./180;subplot(3,23)；for stl=0:pi/2000:pi/2st2=asin(n 1 .*sin(st 1 )./n2);rs=-(tan(st 1 )-tan(st2)./(tan(stl )+tan(st2);if

9、rs0frs=pi;elsefrs=O;endendhold on;STB=stb*180/pi;plot(STBJrs；-bor);hold on;plot(St,frs；rVLineWidth 1);hold on;xlabel(st r),ylabel(,frs,);titlef (a) nln2r)stb=stb*180/pi;St=linspace(O,stbJOOO);stl=St.*pi./180;subplol(324);for stl=0:stb/1000:stbst2=asin(n 1 .*sin(st l)./n2);rp=(sin(2.*stl)-sin(2.*st2)

10、./(sin(2.*stl)+sin(2.*s )；if rp0frp=pi；elsefrp=O;endendplot(St Jrp/r7LineWidth 1);hold on;St=linspace(stb,90J000);stl=St.*pi./18O;for stl=stb:(pi/2-stb)/1000:pi/2st2=asin(n 1 .*sin(st 1 )./n2); rp=(sin(2.*stl)-sin(2.*st2)./(sin(2.*stl)+sin(2.*st2); if rpvOfip=pi；elsefrp=O;endendplot(St Jrp/rVLineWid

11、th 1);hold on;frp=0;ploUstbJrpZ-bo1);xlabel(,str)jlabel(,frp,);title(* (b) nln4r)stb=atan(n4/n3);stb=stb*180/pi;St=linspace(O,stb,l 000);st3=St*pi./18O;subplot(326);frp=pi;plot(St,frp；b*Line Width1,1);hold on;stc=asin(n4/n3);stc=stc*18O/pi;St=linspace(stb,stc, 1000);frp=O;plot(St Jrp.V/LineWidtir. 1);hold on;St=linspace(stc,90J000);st3=St.*pi./18O;frp=2.*atan(s