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如何在OpticStudio中模擬雙折射

來源:北京卓立漢光儀器有限公司   2018年12月17日 12:30  

雙折射輸入面

準確的進行雙折射光線的追跡要比追跡普通光線復雜的多:我們必須分別考慮尋常光和非尋常光的折射率和波矢方向。因此雙折射光線追跡功能只在光線入射到雙折射輸入 (Birefringent-In) 表面時開始執行,在雙折射輸出 (Birefringent-Out) 表面結束。并且在雙折射輸入和雙折射輸出表面之間只允許存在坐標間斷 (Coordinate Break) 表面。

在尋常光追跡中,光線向量S和波矢k的方向一致,因此OpticStudio使用尋常光的波矢k的分量來定義光線的方向余弦。

在非尋常光追跡中,kS和晶軸向量a處于同一平面但不重合,因此使用S的分量定義光線的方向余弦。

以下為模擬一塊方解石晶體雙折射的示例,其中虛線表示晶軸:

 

入射光線入射到方解石晶體上并分裂為兩個方向的光線。其中尋常光線產生正常的折射,由于入射表面為平面,因此光線沒有發生偏折。非尋常光線則產生雙折射,因此即便光線正入射平面也產生了偏折。

下圖為OpticStudio中有關雙折射晶體的設置:

 

光線在入射到雙折射輸入面之前都是按照正常情況進行光線追跡。雙折射輸入表面與標準表面一樣(可定義為圓錐面),此時材料使用的是CALCITE,OpticStudio將使用該材料折射率進行尋常光光線追跡。OpticStudio將在相同的材料庫中尋找材料名為CALCITE-E的材料,并使用該材料折射率進行非尋常光光線追跡。通過使用兩種實際材料,追跡過程可以考慮材料的所有屬性(透過率、色散和熱膨脹屬性等)。

晶軸方向與表面法向量的夾角在雙折射輸入表面中定義:

 

在雙折射輸入面的局部坐標系下直接輸入晶軸的方向余弦。其中參數“顯示軸線 (Draw Axis)”用來定義布局圖中表示晶軸的虛線的長度(透鏡單位)。如果您不想顯示晶軸則設置該參數為零即可。

您可能會對布局圖中的結果存在一些疑問:光線因雙折射而分裂為尋常光和非尋常光兩個分量,但是在序列模式下光線是無法產生分裂的(這意味著輸入一條光線時輸出也是一條光線)。實際上OpticStudio執行了兩次光線追跡分別追跡兩種情況,并使用模式參數 (Mode Flag) 來決定當前光線追跡的類型:

1、如果模式參數為0,則將追跡尋常光線

2、如果模式參數為1,則將追跡非尋常光線

上文中顯示的布局圖同時顯示了多重結構下模式參數為0和模式參數為1的結構:

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