科研计算器 | 激光菲涅尔透射/反射系数计算器
2024.11.19

引言:


在光学领域,理解光在不同介质界面上的行为是基础而关键的。光线在介质界面上的透射与反射现象不仅在理论研究中具有重要意义,更在实际应用中广泛涉及,如光纤通信、激光技术、显示设备等。透射系数(Transmission Coefficient)和反射系数(Reflection Coefficient)是描述光在介质界面上传播特性的两个重要参数。本文旨在通过解析一个在线计算工具,深入探讨这两个系数的基本概念、计算方法及其在实际中的应用,帮助读者全面理解并有效利用这些知识。
 

概念:


1.透射与反射:
当光线从一种介质以一定角度入射到另一种介质时,会发生部分光的反射和透射。透射光指的是穿过界面的光线,而反射光则是被界面反射回原介质的光线。透射与反射的比例由透射系数和反射系数决定,反映了光在介质界面上的传输特性。
2.透射系数:
透射系数描述了入射光中有多少比例的光强透过界面进入第二种介质。根据光的极化状态,透射系数分为两种:

  • 垂直极化(s-极化)光的透射系数。

  • 平行极化(p-极化)光的透射系数。

3.反射系数:
反射系数描述了入射光中有多少比例的光强被界面反射回第一种介质。同样,反射系数也分为两种:

  • 垂直极化(s-极化)光的反射系数。

  • 平行极化(p-极化)光的反射系数。

4.斯涅尔定律:
光在两种介质的界面上传播时,其入射角θ0与折射角θ1遵循斯涅尔定律:n1 sinθ= n0 sinθ0
其中,n0和n1分别是第一种和第二种介质的折射率。斯涅尔定律是描述光在不同介质间传播路径变化的基本规律。

计算公式:


透射系数和反射系数的计算基于光的极化状态和入射角。以下是相关的数学公式及其推导过程:
 

 

1.透射系数TS和TP

2.反射系数RS和RP


这些公式基于麦克斯韦方程组和边界条件,通过解析光在介质界面上的行为得出。

使用方法:

1.输入参数:

入射角 (θ0):在“Incident Angle,θ0 ”输入框中输入光线与界面法线的入射角度(单位:度)。
介质折射率 (n0和n1):分别在输入框中输入第一种介质(如玻璃)的折射率n0和第二种介质(如空气)的折射率n1
2.自动计算:
输入参数后,系统会自动根据公式计算出对应的透射与反射系数。
3.查看结果:
计算结果将在“Output”部分显示,包括TS,TP,RS,RP四个系数。结果为只读模式,用户无需手动计算,便可快速获取所需信息。


示例计算:

示例一:计算垂直极化光的透射与反射系数
假设光线从折射率为1.5的玻璃(n0=1.5)以入射角 θ0= 30°射入空气(n1=1.0),则应用斯涅尔定律计算折射角θ1

示例二:计算平行极化光的透射与反射系数
假设光线从折射率为1.5的玻璃(n0=1.5)以入射角 θ0= 30°射入空气(n1=1.0),则应用斯涅尔定律计算折射角θ1



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