電磁波界面反射特性理解+仿真分析

1、電磁波界面反射特性理解+仿真分析要求一束5W的線偏振光以* = 45度方位角振動，垂直入射到玻璃-空氣表面，該光束波長0.6 m玻璃介質折射率1.54 0.6 m0-70度變化時，通過給定條件，分別完成如下要求：1建立反射光強 I （n,仇中）的數學模型；2畫出該光束反射光的光強曲線（I -0 ）;3分析該反射光束的偏振方向或者偏振態(tài)變化，畫出偏振方向變化曲線仲-日）和偏振光束相位變化曲線（*-6（注：光束從光密到光疏的界面，在入射角日從0-70度變化中，包括了臨界角ec）.反射光的光強曲線（I - e ）數學模型:將這三種光波的電矢量振動方向都分解成兩個分量，一個垂直于入射面，稱為垂直分量s

2、;另一個平行于入射面，稱為平行分量 p,這兩個分量互相垂直。而任何偏振光都可以分解為互相垂直的兩個分量，可以得出反射光強公式:I = Is +1 p, % = Ais/ Ais,rp = Ap/Aip2,2222I =A ,. I =& *Ais ”* Ap菲涅爾公式有：=-則一二21rp =則上=_)；因為偏振光以 =45度方位角振動，所以sin- 22tan 口 , 士As = Ap = JT/2,折射定律有n1sine =n2sin為，由此可以求出反射光的光強曲線(I-8仿真：反射光強曲殘6 5 4 3 2 10-膽泥S嗎10 2C3040入射角引60分析：入射角從0。增加，剛開始大部分

3、入射光發(fā)生折射，少數入射光發(fā)生反射，所以光強值很小，隨著入 射角的增加，在接近臨界角時大部分光發(fā)生反射，少部分光發(fā)生折射，此時反射光強快速增加，當入射角 大于臨界角后發(fā)生全反射，反射光強與入射光強相等。.偏振方向變化曲線(*-0 )數學模型:反射光有-e-n匕，其中.為偏振方向，因為rs = As/As,p = Ap/Ap且As = Ap,可得tane=%/rp。可以得到偏振方向變化曲線的-8 )1Owo8。5040200建o曜-2040-60-SO,100051015202530354046入射角一分析：入射角大于臨界角后為橢圓偏振光，沒有相應的偏振方向。3.振光束相位變化曲線 仲-日）數學

4、模型：當入射角小于臨界角時，rs，rP的正負值可以反應偏振光束的相位變化，例如rs為負值時，說明As和As的相位差相差180。當入射角大于臨界角時，rs,rP變?yōu)閺蛿?，在全反射?rs,rP有新的表達式：cos ? - j Esin2 口1 - n2n2 cosi - j - sin2Ui-n2rs =.2 .21rp =2.2 .2cos j . sin -1 -n n cos j . sin 11 - n由此可以求出偏振光束相位變化曲線-口p光相位變化曲線180iii r i16Q-140i2000 14020一20分析：入射角從0開始增加，rp開始為正，相位相差為 0。；當rp為負數時，

5、相位相差為 180。當入 射角大于臨界角后，rp變?yōu)閺蛿担浞菫?p光相位變化。G光相位變化曲糕102030入射角廳rs為正數，此時相位相差 0。當入射角大分析：入射角從0開始增加，在入射角小于臨界角的范圍內, 于臨界角時，rs為復數，其幅角為s光相位變化?？偨Y通過此次matlab的仿真學習，并結合書本的知識我充分認識了電磁波界面反射中入射光和反射光的光強變化，以及偏振方向和偏振相位的變化關系。將偏振光分解為兩個互相垂直的分量s光和p光，只要把s和p分量的振幅和相位關系弄清楚，任何偏振光的振幅和相位關系就可以完全確定。Matlab代碼.光強曲線(I -8 )n=1.54;theta1=0:0

6、.1:70;I=5;theta2=asind(sind(theta1)*n);rs=-sind(theta1-theta2)./sind(theta1+theta2);rp=-tand(theta1-theta2)./tand(theta1+theta2);I1=0.5*I*(abs(rs).A2+abs(rp).A2);plot(theta1,I1,r);title( 反射光強曲線)；ylabel(反射光強I);xlabel(入射角 0 );.偏振方向變化曲線的-日)n=1.54;theta1=0:0.1:70;I=5;theta2=asind(sind(theta1)*n);rs=-sin

7、d(theta1-theta2)./sind(theta1+theta2);rp=-tand(theta1-theta2)./tand(theta1+theta2);phi=atand(rs./rp);n=length(rp);for i=1:1:nif imag(rp(i)=0%取入射角小于臨界角的值m=i;endendx=zeros(1,m);phi1=zeros(1,m);for j=1:1:mx(j)=theta1(j);phi1(j)=phi(j);endplot（x,phi1）;title（偏振方向變化曲線）；ylabel（偏振角 4 ）;xlabel（入射角 0 ）;.偏振光束相

8、位變化曲線（1-日） theta1=0:0,1:70;theta2=asind(sind(theta1)*1.54);rs=-sind(theta1-theta2)./sind(theta1+theta2);rp=-tand(theta1-theta2)./tand(theta1+theta2);phi=atand(rs./rp);n=length(rp);for i=1:1:nif imag(rp(i)=0 m=i;endendx1=zeros(1,m);phi_p1=zeros(1,m);phi_s1=zeros(1,m);x2=zeros(1,n-m);phi_p2=zeros(1,n-

9、m); phi_s2=zeros(1,n-m);for j=1:1:m x1()=theta1();if rp(j)0 phi_p1(j)=180;endif rs(j)0 phi_s1(j)=180;endendfor h=1:1:n-m x2(h)=theta1(m+h);%取入射角小于臨界角的值%右界角前相位變化%臨界角后相位變化endfor k=1:1:n-mphi_p2(k)=rad2deg(angle(rp(m+k);phi_s2(k)=rad2deg(angle(rs(m+k);end plot(x1,phi_p1, r);hold on plot(x2,phi_p2);hold