簡介

FRED具有通過光學(xué)系統(tǒng)來模擬光線偏振的能力。光源可以是隨機(jī)、圓或線偏振光。能夠過濾或控制偏振的光學(xué)組件，如雙折射波片和偏振片，可以準(zhǔn)確的進(jìn)行模擬。FRED中偏振模擬的一些簡單例子包括吸收二向色性和線柵偏振器，方解石半波片和馬耳他十字現(xiàn)象。這些特征的每個(gè)都可以應(yīng)用到更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，如液晶顯示器（LCD）、干涉儀以及偏光顯微鏡。

偏振片模型

考慮一個(gè)簡單的偏振片系統(tǒng)，包括隨機(jī)偏振光，接著是虛擬表面、x偏振片和探測表面。相干光源由在z方向傳播的10 ×10橢圓網(wǎng)格創(chuàng)建。光源的偏振態(tài)定義為“偏振”&“隨機(jī)性”，取決于(i)橢圓率(ii)旋轉(zhuǎn)方向(iii)橢圓偏振角。虛擬和探測器表面具有“Absorb”涂層和“Halt All”光線追跡控制的橢圓平面。分析面分配到了每個(gè)平面。

圖1.隨機(jī)偏振光由x偏振片過濾，由探測器進(jìn)行收集

有兩種方法來模擬偏振片。最簡單的方法是添加偏振涂層到表面。在FRED文檔的涂層分類中，用戶可以右鍵單擊并選擇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，選擇“X Linear Polarizer”選項(xiàng)，并分配到偏振片表面。

一個(gè)更為準(zhǔn)確的技術(shù)是用自定義材料來模擬基于吸收的偏振。在FRED文件的材料分類中，用戶可以右鍵點(diǎn)擊，選擇Create a New Material……在下拉菜單中，選擇“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”。這里，用戶對(duì)每個(gè)晶軸定義不同的實(shí)數(shù)折射率值，并且還可以定義不同的虛數(shù)折射率值。對(duì)于本例子，晶軸位于本地+X方向（1,0,0）。

一個(gè)吸收二向性x偏振片可以用no=1.61、ne=1.65、ko=100、ke=0模擬，一個(gè)線柵偏振片可以用no=1、ne=1.001、ko=100、ke=0模擬，虛數(shù)折射率代表吸收。在這種情況下，偏振的O光分量（垂直于晶軸）被吸收，只留下沿著+X晶軸的偏振分量。

偏振點(diǎn)圖

為監(jiān)測光通過系統(tǒng)的偏振情況，一個(gè)分析面可用于產(chǎn)生偏振點(diǎn)圖。運(yùn)行光線追跡后，用戶可以前往Analysis / Polarization Spot Diagram……對(duì)于分析面每個(gè)光線的偏振將會(huì)標(biāo)記為具有指示旋向箭頭的橢圓。如果分析面的z軸與光線傳播方向一致，通過將大拇指對(duì)準(zhǔn)光線過來的傳播方向并應(yīng)用右手定則，即可確定旋向。例如，如果光線沿著全局+Z方向傳播，分析面+Z軸指向相同的方向，沿著全局-Z軸對(duì)準(zhǔn)你的大拇指，運(yùn)用右手定則來確定光線的旋向。

正如所預(yù)期的，來自光源的光線具有隨機(jī)偏振態(tài)（圖2，左）。 追跡從x偏振片到探測器的光線后，產(chǎn)生了一個(gè)新的偏振點(diǎn)圖，這可以證實(shí)只有x偏振光分量穿過了偏振片（圖2，右）。