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(zhì)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(qiáng) I （n,仇中）的數(shù)學(xué)模型；2畫出該光束反射光的光強(qiáng)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(qiáng)曲線（I - e ）數(shù)學(xué)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(qiáng)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(qiáng)曲線(I-8仿真：反射光強(qiáng)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(shù)入射光發(fā)生反射，所以光強(qiáng)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(qiáng)快速增加，當(dāng)入射角 大于臨界角后發(fā)生全反射，反射光強(qiáng)與入射光強(qiáng)相等。.偏振方向變化曲線(*-0 )數(shù)學(xué)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?？梢缘玫狡穹较蜃兓€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(yīng)的偏振方向。3.振光束相位變化曲線 仲-日）數(shù)學(xué)

4、模型：當(dāng)入射角小于臨界角時，rs，rP的正負(fù)值可以反應(yīng)偏振光束的相位變化，例如rs為負(fù)值時，說明As和As的相位差相差180。當(dāng)入射角大于臨界角時，rs,rP變?yōu)閺?fù)數(shù)，在全反射下 rs,rP有新的表達(dá)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(dāng)rp為負(fù)數(shù)時，

5、相位相差為 180。當(dāng)入 射角大于臨界角后，rp變?yōu)閺?fù)數(shù)，其幅角為 p光相位變化。G光相位變化曲糕102030入射角廳rs為正數(shù)，此時相位相差 0。當(dāng)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(nèi), 于臨界角時，rs為復(fù)數(shù)，其幅角為s光相位變化?？偨Y(jié)通過此次matlab的仿真學(xué)習(xí)，并結(jié)合書本的知識我充分認(rèn)識了電磁波界面反射中入射光和反射光的光強(qiáng)變化，以及偏振方向和偏振相位的變化關(guān)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(guān)系弄清楚，任何偏振光的振幅和相位關(guān)系就可以完全確定。Matlab代碼.光強(qiáng)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(qiáng)曲線)；ylabel(反射光強(qiáng)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