2光波在介质中界面上的反射及透射特性的仿真
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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
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
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
p s m E E
t E E r im
tm m im rm m ,,,0000===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。
（1）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
m E E t E E r im
tm
m im rm m ,,0000=
==
（3）菲涅耳公式
已知界面两侧的折射率21n n 、
和入射角1θ，就可由折射定律确定折射角2θ；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21
n n <（光由光疏介质射向光密介质）和21n n >（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1θ的变化曲线。
(a)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s r ：
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π相位突变(rs ϕ=π)； p 分量的反射系数p r ：
在1θ
在1θ>B θ范围内,p r <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(rp ϕ=π)；
（2）n1>n2时，光密入射光疏 s 分量的反射系数s r ：
入射角1θ在0到C θ(临界角，12/sin n n C =θ）的范围内，s 分量的反射系数s r ＞0。反射光中的s 分量与入射光中的s 分量同相位，rs ϕ=0；
入射角1θ>C θ时，发生全反射，1
2
12cos sin 2tan θθϕn rs
--=（21/n n n =）； p 分量的反射系数p r ：
在1θ＜B θ范围内，p r <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
（rp ϕ=π)；
在B θ<1θ
入射角1θ>C θ时，发生全反射，1
2
122
cos sin 2tan θθϕn n rp
--=； 四、课程设计步骤（流程图）
（1）定义变量n1,n2,f1.
（2）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
（3）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
10
20
30
40
5060708090
-1
-0.50
0.51F
n1 010203040 50607080900 123 4F f r s 010203040 50607080900 123 4F f r p 010203040 5060708090 -1 1 2 34n1>n2s/p 分量与相位的关系 F 010203040 5060708090 123 4F f r s 010203040 5060708090 123 4F f r p 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。 (1)光波由光疏介质射向光密介质（n1 a.n1 (即frs=π) b.而p 分量的反射系数rp 在f1 中的p 分量相位相同。（即frp=0） c.在f1>fb 范围内，rp<0,说明反射光中的p 分量与入射光中的p 分量π相位突变。 （即frp=π） (2)光波由光密介质射向光疏介质（n1>n2） a.入射角f1在0到fc 的范围内，s 分量的反射系数rs>0,说明反射光中s 分量与入射