|
|
|
|
FRED應用：模擬沃拉斯頓稜鏡偏振器 |
| 時間:2023-02-14 17:27來源:未知作者: infotek點擊:次列印 |
介紹
沃拉斯頓稜鏡偏振器包含兩個由單軸晶體構成的直角稜鏡，如方解石，它經常用於沃拉斯頓稜鏡中。兩塊單軸晶體是定向的，使得晶軸互相垂直。如下圖所示的幾何結構，水準偏振光在第一個區域中以非尋常折射率（ne）傳播，折射到第二個區域中，以尋常折射率（no）傳播。垂直偏振光經過相反的折射，兩個偏振態就這樣分開了。本文介紹了一個腳本，即wollastonCreator.frs，根據輸入到基本對話方塊中的用戶技術參數來創建一個沃拉斯頓稜鏡，且允許三個方向上具有不同的尺寸。wollatsonPrismPolarizers.frd這個FRED檔包含兩個使用生成器腳本創建的沃拉斯頓稜鏡— 一個是基於ThorLabs模型，另一個是基於Edmund光學模型。為了方便起見，沃拉斯頓生成器腳本和雙折射材料生成器腳本已作為嵌入式腳本包含在裡面。當定義用於沃拉斯頓稜鏡偏振器的雙折射材料時，雙折射材料生成器可能會非常有用。
圖1. 沃拉斯頓稜鏡偏振器的晶軸標記為黑色箭頭，水準（x）偏振光向上偏折，垂直（y）偏振方向上下偏折（假定為負單軸晶體no>ne）。
FRED中的雙折射材料
在使用雙折射材料創建元件之前，理解他們在FRED中如何定義的是很有用的。通過使用“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”作為材料類型，指定若干波長處的尋常和非尋常折射率，單軸晶體的軸向量，我們就定義了一個雙折射材料。通常，晶軸方向是一個向量，該向量的指向沿著與全域坐標系中非尋常折射率ne相關的方向。當創建一個新的雙折射材料時，包含晶軸方向名字或描述是一個好的習慣。當一個雙折射材料分配到一個表面時，它是置於該表面的父實體（目標實體）的局部坐標系中。當使用雙折射材料創建透鏡、反射鏡或稜鏡時，也是同樣的道理。舉個例子，如果一個透鏡是由雙折射方解石製成，且晶體光軸固定在x方向（1 0 0），表面材料的定義是相對於透鏡坐標系的。同樣的透鏡如果經過旋轉，它的性能可以保持。注意到與透鏡、反射鏡或稜鏡元件不同，當使用雙折射材料定義元件基元時，該材料是停留在全域坐標系中的。FRED中有一個實用工具可以用來修改、檢查並記錄材料的方向，即“Edit/View GRIN/Birefringent Material Position/Orientation”，通過“Tools”頂部功能表或按右鍵物件樹中的一個實體就可以訪問它。如圖2所示，該工具有一個下拉式功能表，裡面包含雙折射或GRIN材料在內的所有表面材料的一個列表。所選材料的坐標系顯示在其中，且可以編輯。
圖2. 編輯/查看雙折射材料位置/方向工具
腳本
嵌入式腳本使用一個對話方塊（見圖3），提示用戶有關稜鏡名子、描述、材料和尺寸的資訊。第一個材料（雙折射材料1）將分配到沃拉斯頓稜鏡的第一個區域，並且它的晶軸方向沿著x軸（晶矢[1 0 0]）。第二個材料（雙折射材料2）應該與第一個是同樣的材料，但是晶軸方向沿著y軸（晶矢[0 1 0]）。這兩種材料一定是“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”類型的。另外，浸液材料也應該指定好。
圖3. 沃拉斯頓稜鏡創建對話方塊
該腳本首先生成了所有材料的列表，以及本文中提及的雙折射材料，然後從對話方塊中獲取用戶的輸入並將它們分配給變數。這樣就創建了新的自訂元件實體，接著按順序定義每一個表面。
樣本模型
FRED文件.frd包含了兩個沃拉斯頓稜鏡模型，由沃拉斯頓稜鏡生成器腳本產生。它們都還含有使用布林複合元件創建的粗糙的模型。為了分析該稜鏡，我們定義了多偏振和非偏振光源。除了常規的分析表面，我們也定義了一個定向分析表面。它可以用來運行“Intensity on Polar Grid”分析，來測量正交偏振光束之間的角間距。
圖4. 角間距計算
|
|
|
|
|
