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光行天下 -> ZEMAX,OpticStudio -> Ansys Zemax | 探究 OpticStudio 偏振分析功能 [點此返回論壇查看本帖完整版本]

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ueotek

2023-06-02 16:41

Ansys Zemax | 探究 OpticStudio 偏振分析功能

本文介紹了 OpticStudio 模擬基于偏振的光學現(xiàn)象的幾種方法。本文的目的是在對基于偏振的光學進行建模時檢查這些特征的優(yōu)勢和正確應用。討論的功能包括偏振光瞳圖、瓊斯矩陣、雙折射、表面涂層等。這些對于波片和隔離器等實際應用很重要。（聯(lián)系我們獲取文章附件）

簡介

偏振效應被用于各個領域的無數(shù)光學系統(tǒng)中。OpticStudio 允許用戶指定進入系統(tǒng)的光的輸入偏振以及序列模式中的表面與偏振特性交互的設置，提供了對任何應用進行建模的方法。建模偏振相關介質的三種方法是通過瓊斯矩陣表面、表面涂層和雙折射輸入/輸出表面。

為了選擇合適的表面類型，了解您嘗試建模的偏振器的用途很重要。本文將描述設置極化系統(tǒng)以及上述每個表面/表面設置的優(yōu)缺點。

偏振光源的產生

OpticStudio 中的所有偏振分析都需要輸入偏振態(tài)，通常以瓊斯矢量 (Jx, Jy) 的形式給出，其中X和Y的起始相位可選。向 OpticStudio 輸入偏振態(tài)有兩種方式。第一種方法是在單獨的分析設置中明確定義初始偏振狀態(tài)（Jx、Jy和X/Y相位），例如使用偏振光線跟蹤（Polarization Ray Trace）和偏振光瞳圖（Polarization Pupil Map）。

[attachment=118294]

第二種方法是在系統(tǒng)管理器（System Explorer）的“偏振（Polarization）”部分應用偏振狀態(tài)。通過檢查各個分析設置中的“使用偏振（Use Polarization）”設置（或類似設置），在任何適用分析窗口的計算中考慮此處輸入的狀態(tài)。

[attachment=118295]
[attachment=118296]

系統(tǒng)管理器中定義的“方法（Method）”（或參考狀態(tài)）需要將2D瓊斯矩陣輸入（Jx、Jy）轉換為 3D 電場分量（Ex、Ey、Ez）。雖然很容易認為Jx對應于S極化狀態(tài)的能量量，Jy對應于P極化狀態(tài)的能量量，但如果沒有入射平面，這些定義是不明確的（參見這個論壇以獲取更多信息）。也就是說，從光源發(fā)射并沿射線矢量K在自由空間中傳播的射線需要參考才能準確定義偏振態(tài)矢量S和P。在 OpticStudio 中，可以使用以下參考：

X 軸參考: P向量由K叉乘X確定，S=P叉乘K（默認）；
Y 軸參考: S向量由Y叉乘K確定，P=K叉乘S；
Z 軸參考: S向量由K叉乘Z確定，P=K叉乘S。

注意：S、P和K（傳播方向）始終是正交的。它們分別由下表中的紅色、藍色和綠色向量表示。

[attachment=118297]

這種方法允許用戶在生成輸入極化時能更加靈活。默認表面在z方向具有表面法線，因此經典的S和P定義將限制用戶生成Z參考輸入偏振。

偏振光瞳圖

偏振光瞳圖可以說是 OpticStudio 中最有用的工具，可以快速查看給定表面上光束的偏振狀態(tài)。也就是說，它確實有一些細微差別，必須完全理解才能準確解釋其結果。

通常，OpticStudio 執(zhí)行與時間無關的計算（即它呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的時間快照）。然而，極化瞳孔圖不是這種情況，它在定義的表面上隨著時間經過一個周期時在笛卡爾圖上繪制電場矢量 (Ex, Ey) 的端點。這是因為相位隨時間的變化決定了偏振橢圓的方向。對于幾乎所有系統(tǒng)，OpticStudio 是在時間上向前還是向后進行計算并不重要，因為它假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。默認情況下，計算會在時間上向前看（即，如果系統(tǒng)要及時向前推進一些小量，則在“將擊中”指定表面的光線的相位）。

此外，用戶應注意，在定義Jx和Jy之間的初始相移時，“X-相位”或“Y-相位”的正值將導致Jx相對于Jy在空間上滯后，反之亦然。例如，定義X-相位=90度和Y-相位=0度將導致電場的Ex分量落后Ey分量90度（見下圖）。