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簡(jiǎn)介
FRED具備通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)模擬光線(xiàn)偏振的能力。光源可以是隨機(jī)偏振、圓偏振或線(xiàn)偏振。過(guò)濾或控制偏振的光學(xué)元件，如雙折射波片和偏振片，可以準(zhǔn)確的模擬。FRED偏振模型中一些簡(jiǎn)單例子包括吸收二向色性和線(xiàn)柵偏振片，方解石半波片，和馬耳他十字現(xiàn)象。這些特性的每一個(gè)都可以應(yīng)用到更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中，如液晶顯示（LCDs）、干涉儀和偏光顯微鏡。
波片模型
波片是由尋常光和非尋常光具有不同折射率值的材料制成。取向合適時(shí)，波片可以改變光線(xiàn)的一個(gè)偏振分量（相對(duì)于另一個(gè)），從而改變它的偏振態(tài)。四分之一波片使線(xiàn)偏振變成圓偏振，反之亦然。半波片使x偏振光變成y偏振光，或者右旋偏振光變成左旋偏振光。
從FRED系統(tǒng)的X偏振片示例開(kāi)始，波片元件添加到了x偏振片后面（圖1）。模擬一個(gè)波片有兩種方法。最簡(jiǎn)單的方法是指定一個(gè)1/2波片涂層到一個(gè)表面上。在FRED文件的Coatings分類(lèi)下，用戶(hù)可以右鍵點(diǎn)擊Create a New Coating….在下拉菜單中，可以選擇“Polarizer/Waveplate Coating (Jones matrix)”。對(duì)于這個(gè)例子，涂層類(lèi)型選擇“1/2 wave +45 Fast Axis”。這樣可以保證波片的晶軸相對(duì)于x偏振的入射光旋轉(zhuǎn)45度。
圖1.隨機(jī)偏振光通過(guò)x偏振片過(guò)濾。剩余的光線(xiàn)通過(guò)一個(gè)+45°1/2波片（黃色），它可以將x偏振光轉(zhuǎn)換成y偏振光。
模擬波片的一個(gè)更加精確的方法是指定一個(gè)自定義雙折射材料到一個(gè)桿狀元件中。在FRED文件的Material分類(lèi)中，用戶(hù)可以右鍵點(diǎn)擊并選擇Create a New Material….在下拉菜單中，可以選擇“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”。對(duì)于這個(gè)例子，晶軸偏轉(zhuǎn)+45°（0.707,0.707,0），然后定義下面的材料特性（基于方解石晶體）：波長(zhǎng)=0.59um，no=1.658，ne=1.486，ko=0，ke=0。
作為1/2波片，一定要選擇桿的長(zhǎng)度，這樣尋常和非尋常偏振分量可以通過(guò)1/2λ的凈值分隔開(kāi)來(lái)。
其中L=桿長(zhǎng)，λ是以系統(tǒng)單位表示的光波長(zhǎng)，K是一個(gè)整數(shù)，no和ne是雙折射率的尋常和非尋常分量。通過(guò)這個(gè)塊狀雙折射材料的光線(xiàn)追跡會(huì)將每個(gè)光線(xiàn)分成尋常和非尋常分量。作為分析結(jié)果，偏振點(diǎn)圖（Polarization Spot Diagram）將會(huì)顯示每個(gè)單獨(dú)的分量（圖2）。
圖2.x偏振光通過(guò)一個(gè)方解石1/2波片后的偏振點(diǎn)圖。偏振的尋常和非尋常分量繪制成單獨(dú)的光線(xiàn)。
為了保證光線(xiàn)確實(shí)是y偏振的，在探測(cè)器表面顯示了相干矢量波場(chǎng)（Coherent Vector Wave Field）。選擇右鍵菜單“Show X Component of Field”，然后再次點(diǎn)擊右鍵，選擇“Show Statistics”，可以觀察到x偏振分量上能量的積分。比較X分量和Y分量，可以證實(shí)幾乎所有的入射能量都在y偏振分量上。
波片的厚度決定了到達(dá)探測(cè)器x和y偏振光的比值。為了說(shuō)明這一點(diǎn)，使用3°楔形方解石替代桿狀波片。相干場(chǎng)的x和y分量如圖3所示。
圖3.x偏振光通過(guò)具有+45°光軸的楔形方解石晶體后，探測(cè)器上相干矢量場(chǎng)的x和y分量。波片厚度沿著y方向變化，因此在沿著楔形周期性位置處擔(dān)當(dāng)著1/2波片的角色。
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