本文介绍了 OpticStudio 模拟基于偏振的
光学现象的几种方法。本文的目的是在对基于偏振的光学进行建模时检查这些特征的优势和正确应用。讨论的功能包括偏振光瞳图、琼斯矩阵、双折射、表面涂层等。这些对于波片和隔离器等实际应用很重要。(联系我们获取文章附件)
nx'c=gp pbAL& } 简介
QP%_2m>yhl '|4+<# 偏振效应被用于各个领域的无数
光学系统中。OpticStudio 允许用户指定进入系统的光的输入偏振以及序列模式中的表面与偏振特性交互的设置,提供了对任何应用进行建模的方法。建模偏振相关介质的三种方法是通过琼斯矩阵表面、表面涂层和双折射输入/输出表面。
}AS/^E #Kb /tOp1 为了选择合适的表面类型,了解您尝试建模的偏振器的用途很重要。本文将描述设置极化系统以及上述每个表面/表面设置的优缺点。
6|NH*#s !vnC-&G 偏振
光源的产生
wS}c\!@<, R `tJ7MB OpticStudio 中的所有偏振分析都需要输入偏振态,通常以琼斯矢量 (Jx, Jy) 的形式给出,其中X和Y的起始相位可选。向 OpticStudio 输入偏振态有两种方式。第一种方法是在单独的分析设置中明确定义初始偏振状态(Jx、Jy和X/Y相位),例如使用偏振
光线跟踪(Polarization Ray Trace)和偏振光瞳图(Polarization Pupil Map)。
2'@m'4-N ~Y x_ 3 nW)+-Wxq uHI(-!O 第二种方法是在系统管理器(System Explorer)的“偏振(Polarization)”部分应用偏振状态。通过检查各个分析设置中的“使用偏振(Use Polarization)”设置(或类似设置),在任何适用分析窗口的计算中考虑此处输入的状态。
G[mqLI{q 2Xl+}M.:Y <(KCiM=E$ 5e+j51 zz*PAYl. 系统管理器中定义的“方法(Method)”(或参考状态)需要将2D琼斯矩阵输入(Jx、Jy)转换为 3D 电场分量(Ex、Ey、Ez)。虽然很容易认为Jx对应于S极化状态的能量量,Jy对应于P极化状态的能量量,但如果没有入射平面,这些定义是不明确的(参见这个论坛以获取更多信息)。也就是说,从光源发射并沿射线矢量K在自由空间中传播的射线需要参考才能准确定义偏振态矢量S和P。在 OpticStudio 中,可以使用以下参考:
AU\=n,K7 Bg]VaTm[= X 轴参考: P向量由K叉乘X确定,S=P叉乘K(默认);
itzUq,T Y 轴参考: S向量由Y叉乘K确定,P=K叉乘S;
(%fQhQ Z 轴参考: S向量由K叉乘Z确定,P=K叉乘S。
~Y/A]N86, *|=D 0 注意:S、P和K(传播方向)始终是正交的。它们分别由下表中的红色、蓝色和绿色向量表示。
;}+M2Ec51 ,LA'^I? 'u<e<hU iI<c 这种方法允许用户在生成输入极化时能更加灵活。默认表面在z方向具有表面法线,因此经典的S和P定义将限制用户生成Z参考输入偏振。
6RbDc* w80X~ 偏振光瞳图
LWM<[8wJ4 /f[Ek5/-0 偏振光瞳图可以说是 OpticStudio 中最有用的工具,可以快速查看给定表面上光束的偏振状态。也就是说,它确实有一些细微差别,必须完全理解才能准确解释其结果。
>B{qPrmI Z^V;B _ 通常,OpticStudio 执行与时间无关的计算(即它呈现稳态系统的时间快照)。然而,极化瞳孔图不是这种情况,它在定义的表面上随着时间经过一个周期时在笛卡尔图上绘制电场矢量 (Ex, Ey) 的端点。这是因为相位随时间的变化决定了偏振椭圆的方向。对于几乎所有系统,OpticStudio 是在时间上向前还是向后进行计算并不重要,因为它假设系统处于稳定状态。默认情况下,计算会在时间上向前看(即,如果系统要及时向前推进一些小量,则在“将击中”指定表面的光线的相位)。
n 0=]C%wr ~5HT_B U= 此外,用户应注意,在定义Jx和Jy之间的初始相移时,“X-相位”或“Y-相位”的正值将导致Jx相对于Jy在空间上滞后,反之亦然。例如,定义X-相位=90度和Y-相位=0度将导致电场的Ex分量落后Ey分量90度(见下图)。
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