光課程設(shè)計(jì)-光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真Word版

整理為word格式整理為word格式整理為word格式西安郵電大學(xué)光學(xué)報(bào)告學(xué)院：電子工程學(xué)生姓名：專業(yè)名稱：光信息科學(xué)與技術(shù)班級(jí)：光信1103班整理為word格式整理為word格式整理為word格式設(shè)計(jì)名稱：光波在介質(zhì)中界面上的反射及透射特性的仿真課程設(shè)計(jì)目的1．掌握反射系數(shù)及透射系數(shù)的概念；掌握反射光與透射光振幅和相位的變化規(guī)律；掌握布儒斯特角和全反射臨界角的概念。二、任務(wù)與要求對(duì)n1=1、n2=1.52及n1=1.52、n2=1的兩種情況下，分別計(jì)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。課程設(shè)計(jì)原理光在介質(zhì)界面上的反射和折射特性與電矢量的振動(dòng)方向密切相關(guān)。由于平面光波的橫波特性，電矢量可在垂直傳播方向的平面內(nèi)的任意方向上振動(dòng)，而它總可以分解成垂直于入射面振動(dòng)的分量和平行于入射面振動(dòng)的分量，一旦這兩個(gè)分量的反射、折射特性確定，則任意方向上的振動(dòng)的光的反射、折射特性也即確定。菲整理為word格式整理為word格式整理為word格式涅耳公式就是確定這兩個(gè)振動(dòng)分量反射、折射特性的定量關(guān)系式。s分量和p分量垂直入射面的振動(dòng)分量--s分量平行入射面的振動(dòng)分量--p分量定義：s分量、p分量的反射系數(shù)、透射系數(shù)分別為（2）反射系數(shù)和透射系數(shù)定義：s分量、p分量的反射系數(shù)、透射系數(shù)分別為（3）菲涅耳公式整理為word格式整理為word格式整理為word格式已知界面兩側(cè)的折射率和入射角，就可由折射定律確定折射角；進(jìn)而可由菲涅耳公式求出反射系數(shù)和透射系數(shù)。繪出如下按光學(xué)玻璃（n=1.5）和空氣界面計(jì)算，在（光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)）和（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)隨入射角的變化曲線。光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)(b)光由光密介質(zhì)射向光疏介反射光與入射光中s,p分量的相位關(guān)系：（1）n1＜n2時(shí)，光疏入射光密s分量的反射系數(shù)：反射光中的s分量與入射光中的s分量相位相反；反射光中的s分量相對(duì)入射光中的s分量存在一個(gè)相位突變(=)；p分量的反射系數(shù)：在<范圍內(nèi),＞0，反射光中的p分p量與入射光中的分量相位相同(=0)；在>范圍內(nèi),<0，反射光中的p分量相對(duì)入射光中的p分量有π相位突變(=)；（2）n1>n2時(shí)，光密入射光疏整理為word格式整理為word格式整理為word格式s分量的反射系數(shù)：入射角在0到(臨界角，）的范圍內(nèi)，s分量的反射系數(shù)＞0。反射光中的s分量與入射光中的s分量同相位，=0；入射角>時(shí)，發(fā)生全反射，（）；p分量的反射系數(shù)：在＜范圍內(nèi)，<0，反射光中的p分量相對(duì)入射光中的p分量有π相位突變（=)；在<<范圍內(nèi)，>0，反射光中的p分量與入射光中的p分量相位相同(=0)；入射角>時(shí)，發(fā)生全反射，；課程設(shè)計(jì)步驟（流程圖）整理為word格式整理為word格式整理為word格式定義變量n1,n2,f1.給變量賦值,其中n1=1,n2=1.52,還有一種情況其中n1=1.52,n2=1設(shè)計(jì)for循環(huán)，使f1每循環(huán)一次加/1000，實(shí)現(xiàn)在f1每變化一次下，得出相應(yīng)的反射系數(shù)，透射系數(shù)的值，從而得出程序的循環(huán)（4）根據(jù)程序仿真結(jié)果五、仿真結(jié)果分析整理為word格式整理為word格式整理為word格式結(jié)論：光在介質(zhì)面上的反射、透射特性有三個(gè)因素決定：入射光的偏振態(tài)，入射角，界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。光波由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)（n1<n2）n1<n2時(shí)，反射系數(shù)rs<0,說(shuō)明反射光中的s分量與入射光中的s分量相位相反。(即frs=)b.而p分量的反射系數(shù)rp在f1<fb范圍內(nèi)，rp>0,說(shuō)明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位相同。（即frp=0）c.在f1>fb范圍內(nèi)，rp<0,說(shuō)明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位突變。（即frp=）整理為word格式整理為word格式整理為word格式光波由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)（n1>n2）入射角f1在0到fc的范圍內(nèi)，s分量的反射系數(shù)rs>0,說(shuō)明反射光中s分量與入射光中的s分量同相位。（即frs=0）b.P分量的反射系數(shù)rp在f1<fb范圍內(nèi)，rp<0,說(shuō)明反射光中的p分量相對(duì)入射光中的p分量有相位突變。（即frp=）c.在fb<f1<fc范圍內(nèi)，rp>0,說(shuō)明反射光中的p分量與入射光中的p分量相位相同。仿真小結(jié)光在介質(zhì)界面上的反射、透射特性由三個(gè)因素決定：（1）入射光的偏振態(tài)；（2）入射角;（3）界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。由rs、rp、ts、tp隨入射角的變化曲線可知，在入射角從0度到90度的變化范圍內(nèi)，不論光波以什么角度入射至界面，也不論界面兩側(cè)折射率大小如何，s分量和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。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，掌握了反射系數(shù)及透射系數(shù)的概念，反射光與透射光振幅和相位的變化規(guī)律，布儒斯特角和全反射臨界角的概念。整理為word格式整理為word格式整理為word格式七、程序clearall;%n1=1;%n2=1.52;n1=1.52;n2=1;n=n2./n1;ifn1<n2subplot(1,3,1)qa=0:pi/100:pi/2;qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb);rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);ts=2.*cos(qa).*sin(qb)./sin(qa+qb);tp=2.*cos(qa).*sin(qb)./sin(qa+qb)./cos(qa-qb);plot(qa*180./pi,rs,'r',qa*180./pi,rp,'c',qa*180./pi,ts,'b',qa*180./pi,tp,'g')legend('rs','rp','ts','tp')%rssubplot(1,3,2)forqa=0:pi/1000:pi/2qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb);ifrs<=0Frs=pi;elseFrs=0;endplot(qa*180./pi,Frs,'r')holdonendlegend('Frs')%rpsubplot(1,3,3)forqa=0:pi/1000:pi/2qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);ifrp<=0Frp=pi;elseFrp=0;end整理為word格式整理為word格式整理為word格式plot(qa*180./pi,Frp,'b')holdonendlegend('Frp')elsesubplot(1,3,1)qc=asin(n2./n1);qa=0:0.0001:qc;qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb);rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);ts=2.*cos(qa).*sin(qb)./sin(qa+qb);tp=2.*cos(qa).*sin(qb)./sin(qa+qb)./cos(qa-qb);plot(qa*180./pi,rs,'r',qa*180./pi,rp,'c',qa*180./pi,ts,'b',qa*180./pi,tp,'g')holdonqa=qc:0.0001:pi/2;tp=0;ts=0;rs=1;rp=1;plot(qa*180./pi,rs,'r',qa*180./pi,rp,'c',qa*180./pi,ts,'b',qa*180./pi,tp,'g')holdonlegend('rs','rp','ts','tp')%rsqc=asin(n2./n1);subplot(1,3,2)forqa=0:pi/1000:qcqb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rs=-sin(qa-qb)./sin(qa+qb);ifrs<=0Frs=pi;elseFrs=0;endplot(qa*180./pi,Frs,'r')holdonendqa=qc:pi/1000:pi/2;Frs=2.*atan(sqrt(sin(qa).^2-(n.^2))./cos(qa));整理為word格式整理為word格式整理為word格式plot(qa*180./pi,Frs,'r')holdonlegend('Frs')%rpsubplot(1,3,3)forqa=0:pi/1000:qc;qb=asin(n1.*sin(qa)./n2);rp=tan(qa-qb)./tan(qa+qb);ifrp<=0Frp=pi;elseFrp=0;endplot(q