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簡介
FRED具備通過光學(xué)系統(tǒng)模擬光線偏振的能力。光源可以是隨機(jī)偏振、圓偏振或線偏振。過濾或控制偏振的光學(xué)元件，如雙折射波片和偏振片，可以準(zhǔn)確的模擬。FRED偏振模型中一些簡單例子包括吸收二向色性和線柵偏振片，方解石半波片，和馬耳他十字現(xiàn)象。這些特性的每一個都可以應(yīng)用到更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)中，如液晶顯示（LCDs）、干涉儀和偏光顯微鏡。
波片模型
波片是由尋常光和非尋常光具有不同折射率值的材料制成。取向合適時，波片可以改變光線的一個偏振分量（相對于另一個），從而改變它的偏振態(tài)。四分之一波片使線偏振變成圓偏振，反之亦然。半波片使x偏振光變成y偏振光，或者右旋偏振光變成左旋偏振光。
從FRED系統(tǒng)的X偏振片示例開始，波片元件添加到了x偏振片后面（圖1）。模擬一個波片有兩種方法。最簡單的方法是指定一個1/2波片涂層到一個表面上。在FRED文件的Coatings分類下，用戶可以右鍵點(diǎn)擊Create a New Coating….在下拉菜單中，可以選擇“Polarizer/Waveplate Coating (Jones matrix)”。對于這個例子，涂層類型選擇“1/2 wave +45 Fast Axis”。這樣可以保證波片的晶軸相對于x偏振的入射光旋轉(zhuǎn)45度。
圖1.隨機(jī)偏振光通過x偏振片過濾。剩余的光線通過一個+45°1/2波片（黃色），它可以將x偏振光轉(zhuǎn)換成y偏振光。
模擬波片的一個更加精確的方法是指定一個自定義雙折射材料到一個桿狀元件中。在FRED文件的Material分類中，用戶可以右鍵點(diǎn)擊并選擇Create a New Material….在下拉菜單中，可以選擇“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”。對于這個例子，晶軸偏轉(zhuǎn)+45°（0.707,0.707,0），然后定義下面的材料特性（基于方解石晶體）：波長=0.59um，no=1.658，ne=1.486，ko=0，ke=0。
作為1/2波片，一定要選擇桿的長度，這樣尋常和非尋常偏振分量可以通過1/2λ的凈值分隔開來。
其中L=桿長，λ是以系統(tǒng)單位表示的光波長，K是一個整數(shù)，no和ne是雙折射率的尋常和非尋常分量。通過這個塊狀雙折射材料的光線追跡會將每個光線分成尋常和非尋常分量。作為分析結(jié)果，偏振點(diǎn)圖（Polarization Spot Diagram）將會顯示每個單獨(dú)的分量（圖2）。
圖2.x偏振光通過一個方解石1/2波片后的偏振點(diǎn)圖。偏振的尋常和非尋常分量繪制成單獨(dú)的光線。
為了保證光線確實(shí)是y偏振的，在探測器表面顯示了相干矢量波場（Coherent Vector Wave Field）。選擇右鍵菜單“Show X Component of Field”，然后再次點(diǎn)擊右鍵，選擇“Show Statistics”，可以觀察到x偏振分量上能量的積分。比較X分量和Y分量，可以證實(shí)幾乎所有的入射能量都在y偏振分量上。
波片的厚度決定了到達(dá)探測器x和y偏振光的比值。為了說明這一點(diǎn)，使用3°楔形方解石替代桿狀波片。相干場的x和y分量如圖3所示。
圖3.x偏振光通過具有+45°光軸的楔形方解石晶體后，探測器上相干矢量場的x和y分量。波片厚度沿著y方向變化，因此在沿著楔形周期性位置處擔(dān)當(dāng)著1/2波片的角色。
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