簡介
FRED具有通過光學系統來模擬光線偏振的能力。光源可以是隨機、圓或線偏振光。能夠過濾或控制偏振的光學組件,如雙折射波片和偏振片,可以準確的進行模擬。FRED中偏振模擬的一些簡單例子包括吸收二向色性和線柵偏振器,方解石半波片和馬耳他十字現象。這些特征的每個都可以應用到更復雜的光學系統,如液晶顯示器(LCD)、干涉儀以及偏光顯微鏡。
偏振片模型
考慮一個簡單的偏振片系統,包括隨機偏振光,接著是虛擬表面、x偏振片和探測表面。相干光源由在z方向傳播的10 ×10橢圓網格創(chuàng)建。光源的偏振態(tài)定義為“偏振”&“隨機性”,取決于(i)橢圓率(ii)旋轉方向(iii)橢圓偏振角。虛擬和探測器表面具有“Absorb”涂層和“Halt All”光線追跡控制的橢圓平面。分析面分配到了每個平面。
圖1 隨機偏振光由x偏振片過濾,由探測器進行收集
有兩種方法來模擬偏振片。最簡單的方法是添加偏振涂層到表面。在FRED文檔的涂層分類中,用戶可以右鍵單擊并選擇Create a New Coating……在下拉菜單中,可以選擇“Polarizer/Waveplate Coating (Jones Matrix)”。對于這個例子,選擇“X Linear Polarizer”選項,并分配到偏振片表面。
一個更為準確的技術是用自定義材料來模擬基于吸收的偏振。在FRED文件的材料分類中,用戶可以右鍵點擊,選擇Create a New Material……在下拉菜單中,選擇“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”。這里,用戶對每個晶軸定義不同的實數折射率值,并且還可以定義不同的虛數折射率值。對于本例子,晶軸位于本地+X方向(1,0,0)。
一個吸收二向性x偏振片可以用no=1.61、ne=1.65、ko=100、ke=0模擬,一個線柵偏振片可以用no=1、ne=1.001、ko=100、ke=0模擬,虛數折射率代表吸收。在這種情況下,偏振的O光分量(垂直于晶軸)被吸收,只留下沿著+X晶軸的偏振分量。
偏振點圖
為監(jiān)測光通過系統的偏振情況,一個分析面可用于產生偏振點圖。運行光線追跡后,用戶可以前往Analysis / Polarization Spot Diagram……對于分析面每個光線的偏振將會標記為具有指示旋向箭頭的橢圓。如果分析面的z軸與光線傳播方向一致,通過將大拇指對準光線過來的傳播方向并應用右手定則,即可確定旋向。例如,如果光線沿著全局+Z方向傳播,分析面+Z軸指向相同的方向,沿著全局-Z軸對準你的大拇指,運用右手定則來確定光線的旋向。
正如所預期的,來自光源的光線具有隨機偏振態(tài)(圖2,左)。 追跡從x偏振片到探測器的光線后,產生了一個新的偏振點圖,這可以證實只有x偏振光分量穿過了偏振片(圖2,右)。
圖2 偏振點圖。左邊:進入x偏振片之前的隨機偏振光。右邊:通過偏振片光線的x偏振分量,y偏振分量由偏振片吸收。
在任意偏振入射的條件下,探測器會收集大約50%的入射光功率。
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