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如何模拟双晶体的双折射偏振器
发布时间:2018-12-17   点击次数:276次

双折射偏振器件

 

模拟双折射偏振器件通常需要使用两块双折射材料,并且材料的晶轴方向存在一定夹角。例如洛匈偏振器 (Rochon polarizer) 使用两块双折射棱镜组成偏振器(本例为KDP晶体):

在这个偏振器中,两块KDP晶体材料的棱镜以晶轴夹角为90°组合在一起,如上图所示。块棱镜的晶轴(上图橙色虚线表示)的方向余弦为 (0, 0, 1),与局部Z轴重合。在第二块棱镜中,晶轴的方向余弦为 (0, 1, 0),与局部X轴重合。这些参数都是在双折射输入表面中输入的。您可以输入任意方向余弦来定义以表面顶点为起点的晶轴方向。

当光线穿过双折射材料时,材料的折射率在偏振态P和S下并不相同。(需要注意的是偏振态S和前文中的向量S不同。S向量为光线向量,表示光能量的传播方向。与该向量相联系的电场垂直于S,向量S实际上是偏振态S和P在该方向上的叠加。同样需要注意的是在双折射介质中,偏振态S和P方向的定义与其他计算如镀膜和菲涅尔表面效应计算中所指的偏振方向并不相同。)在双折射介质中,S和P表示与晶轴垂直或平行的方向,而不是参考于表面法向量。其中寻常光的折射率为垂直方向(S偏振态)的折射率,非寻常光的折射率为平行方向(P偏振态)的折射率。

如果模式参数为0,则系统追迹寻常光线(只包含S分量),P分量光的透过率为0。如果设置模式参数为1则系统追迹非寻常光线,S分量光的透过率为0.

这个方法可以正确设置每个模式的透过率,但如果想得到总透过率,则需要将每种模式的光组合叠加在一起。如果系统中包含2组双折射面,则共需要进行4次光线追迹;如果系统中有3组双折射面,则共需要进行8次光线追迹,以此类推。

对于该偏振器来说,我们需要设置4个结构以表示4次光线追迹:

对于每个结构来说:

结构1:追迹了晶体1中的寻常光和晶体2中的寻常光

结构2:追迹了晶体1中的寻常光和晶体2中的非寻常光

结构3:追迹了晶体1中的非寻常光和晶体2中的寻常光

结构4:追迹了晶体1中的非寻常光和晶体2中的非寻常光

之后我们需要将各个结构的场振幅 (field amplitudes) 叠加在一起,而不是强度叠加在一起。这一点非常关键,我们将在下一节中详细讨论。

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