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MATLAB 光学仿真入门.pdf
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2021-10-27
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matlab光学仿真入门,里面包含了光波通过不同介质时反射率和透射率的变化、高斯光束性质相关的仿真。
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MATLAB 光学仿真入门
光的电磁理论基础
光波由光疏介质进入光密介质
分析光波由光疏介质进入光密介质时反射率和透射率的变化。光疏介质空气 ,光密介质石英玻
璃 ,作出 、 分量的振幅反射率和振幅透射率以及他们的绝对值随入射角度的变化曲
线。
n1=1, n2=1.45;
theta=0:0.1:90;
a=theta*pi/180;
rp=(n2*cos(a)-n1*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2))./(n2*cos(a)+n1*sqrt(1-
(n1/n2*sin(a)).^2));
rs=(n1*cos(a)-n2*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2))./(n1*cos(a)+n2*sqrt(1-
(n1/n2*sin(a)).^2));
tp=2*n1*cos(a)./(n2*cos(a)+n1*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2));
ts=2*n1*cos(a)./(n1*cos(a)+n2*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2));
figure(1);
subplot(1,2,1);
plot(theta,rp,'-',theta,rs,'--
',theta,abs(rp),':',theta,abs(rs),'-.','LineWidth',2)
legend('r_p','r_s','|r_p|','|r_s|')
xlabel(' heta_i')
ylabel('Amplitude')
title(['n_1=',num2str(n1),',n_2=',num2str(n2)])
axis([0 90 -1 1])
grid on
subplot(1,2,2);
plot(theta,tp,'-',theta,ts,'--
',theta,abs(tp),':',theta,abs(ts),'-.','LineWidth',2)
legend('t_p','t_s','|t_p|','|t_s|')
xlabel(' heta_i')
ylabel('Amplitude')
title(['n_1=',num2str(n1),',n_2=',num2str(n2)])
axis([0 90 0 1])
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由图可知:
1. 当入射角 ,即垂直入射时, 、 和 、 都不为 ,表示存在反射波和折射波。
2. 当入射角 ,即掠入射时, , ,即没有折射光波。
3. 、 随 的增大而减小, 随 的增大而增大,直到等于 。
4. 先随 的增大而减小,到达一特定的值 时,有 ,即反射波中此时没有 分量,
只有 分量,产生全偏振现象,然后随着 的增大, 不断增大,直到等于 。
作出 、 分量的能流反射率和能流透射率以及他们的平均值随入射角度的变化曲线。
n1=1, n2=1.45;
theta=0:0.1:90;
a=theta*pi/180;
rp=(n2*cos(a)-n1*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2))./(n2*cos(a)+n1*sqrt(1-
(n1/n2*sin(a)).^2));
rs=(n1*cos(a)-n2*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2))./(n1*cos(a)+n2*sqrt(1-
(n1/n2*sin(a)).^2));
tp=2*n1*cos(a)./(n2*cos(a)+n1*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2));
ts=2*n1*cos(a)./(n1*cos(a)+n2*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2));
Rp=abs(rp).^2;
Rs=abs(rs).^2;
Rn=(Rp+Rs)/2;
Tp=n2*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2)./(n1*cos(a)).*abs(tp).^2;
Ts=n2*sqrt(1-(n1/n2*sin(a)).^2)./(n1*cos(a)).*abs(ts).^2;
Tn=(Tp+Ts)/2;
figure(1);
subplot(1,2,1);
plot(theta,Rp,'-',theta,Rs,'-.',theta,Rn,'--','LineWidth',2)
legend('R_p','R_s','R_n')
xlabel('\theta_i')
ylabel('Amplitude')
title(['n_1=',num2str(n1),',n_2=',num2str(n2)])
axis([0 90 0 1])
grid on
subplot(1,2,2);
plot(theta,Tp,'-',theta,Ts,'-.',theta,Tn,'--','LineWidth',2)
legend('T_p','T_s','T_n')
xlabel('\theta_i')
ylabel('Amplitude')
title(['n_1=',num2str(n1),',n_2=',num2str(n2)])
axis([0 90 0 1])
grid on
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由图可知:
1. 当入射角 时,垂直入射时能流反射率 、 和 、 都不为 ,此时存在反射光
波。
2. 随着 的增大, 不断增大至 , 不断减小至 ,但始终有 。
3. 随着 的增大, 先减小,直至一特定的值 时变为 ,而后随着 的增大不断增大到 。
的过程正好相反,在入射角为 时为 ,且始终有 。
光波由光密介质进入光疏介质
分析光波由光密介质进入光疏介质时反射率和透射率的变化。光疏介质空气 ,光密介质石英玻
璃 ,作出 、 分量的振幅反射率和振幅透射率以及他们的绝对值随入射角度的变化曲线。
与上述过程相同,只需要将折射率互换。此处的光波变化分析略去。
在图中, 后, 和 以及 和 产生了很大的差异。因为 , 如果
则 ,计算得到的 和 将变为复数。但作图时只取了
实部。
[theta' rp' rs']
ans =
0.0000 + 0.0000i -0.1837 + 0.0000i 0.1837 + 0.0000i
0.1000 + 0.0000i -0.1837 + 0.0000i 0.1837 + 0.0000i
0.2000 + 0.0000i -0.1837 + 0.0000i 0.1837 + 0.0000i
0.3000 + 0.0000i -0.1837 + 0.0000i 0.1837 + 0.0000i
0.4000 + 0.0000i -0.1837 + 0.0000i 0.1837 + 0.0000i
0.5000 + 0.0000i -0.1837 + 0.0000i 0.1837 + 0.0000i
......
43.0000 + 0.0000i 0.5449 + 0.0000i 0.7542 + 0.0000i
43.1000 + 0.0000i 0.5754 + 0.0000i 0.7727 + 0.0000i
43.2000 + 0.0000i 0.6108 + 0.0000i 0.7938 + 0.0000i
43.3000 + 0.0000i 0.6531 + 0.0000i 0.8185 + 0.0000i
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资源评论
- 芊暖2023-07-27作者用简明的语言解释了复杂的概念,让人一目了然。
- 食色也2023-07-27这份文件对于初学者来说非常友好,让人能够轻松地进入光学仿真的世界。
- 断脚的鸟2023-07-27这份文件的例子很有趣,让人能够在学习的过程中保持兴趣和动力。
- 东郊椰林放猪散仙2023-07-27文件的内容非常实用,讲解了光学仿真的常见问题和解决方案,帮助读者避免了一些常见的错误。
- 方2郭2023-07-27它清晰地介绍了MATLAB在光学仿真中的应用,让人能够快速掌握基本的知识和技巧。
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