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=及n1=、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. 由着名的菲涅耳公式：
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
n10,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同；在θ1>θb的范围内，rp<0,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 1>n2时，入射角在0_θc之间时，rs>0,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θ1<θb范围内，rp<0,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θb<θ1<θc范围内，rp>0,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）
五、仿真结果分析
st1
r ,t
st1
r ,t
st1f r s
st1
f r p
st1
f r s
st1
f r p
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
n10,说明反射光中的p分量与入射光中的p分量相位相同；在θ1>θb的范围内，rp<0,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 1>n2时，入射角在0_θc之间时，rs>0,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θ1<θb范围内，rp<0,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θb<θ1<θc范围内，rp>0,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=）和空气界面计算，在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=linspace(0,90,1000);
st1=St.*pi./180;
n1=1;n2=;
st2=asin(n1.*sin(st1)./n2);
stb=atan(n2/n1);
subplot(3,2,1);
rs=-(tan(st1)-tan(st2))./(tan(st1)+tan(st2));
plot(St,rs,'r','LineWidth',1);
hold on;
rp=(sin(2.*st1)-sin(2.*st2))./(sin(2.*st1)+sin(2.*st2));
plot(St,rp,'g','LineWidth',1);
hold on;
ts=(2.*n1.*cos(st1))./(n1.*cos(st1)+n2.*cos(st2));
plot(St,ts,'b','LineWidth',1);
hold on;
tp=(2.*n1.*cos(st1))./(n2.*cos(st1)+n1.*cos(st2));
plot(St,tp,'m','LineWidth',1);
hold on;frs=0;
