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OpticStudio有多種分析模擬偏振光學(xué)器件的功能。這篇文章介紹了每種功能在建模時(shí)的特點(diǎn)和合適的使用環(huán)境。

產(chǎn)生偏振光源

所有OpticStudio中的偏振分析都需要定義輸入光的偏振態(tài)，通常情況下這些分析使用瓊斯向量 (Jx, Jy) 來表示X和Y方向上不同起始相位的偏振分量。在OpticStudio中有兩種輸入光偏振態(tài)的方法。一種是在每個(gè)獨(dú)立的分析功能中設(shè)置明確的輸入偏振態(tài)（Jx, Jy, X/Y起始相位），例如偏振光線追跡 (Polarization Ray Trace) 和偏振光瞳圖 (Polarization Pupil Map)。

第二種方法是在系統(tǒng)選項(xiàng) (System Explorer) > 偏振 （Polarization） 標(biāo)簽下進(jìn)行定義。這里定義的偏振態(tài)將應(yīng)用于所有包含并勾選了“使用偏振 (Use Polarization) ”選項(xiàng)的分析和計(jì)算中。

系統(tǒng)選項(xiàng)對(duì)偏振態(tài)的定義方法需要將輸入的二維瓊斯矩陣轉(zhuǎn)換為三維的電場(chǎng)向量 (Ex, Ey, Ez)。如果我們將Jx考慮為電場(chǎng)在S偏振方向的分量，將Jy考慮為電場(chǎng)在P偏振方向的分量，則在沒有入射平面的情況下這種定于會(huì)變的很模糊。

這表示，如果要定義光線從光源發(fā)射沿方向向量K在自由空間中傳播時(shí)的P和S分量，則需要先定義一個(gè)參考基準(zhǔn)。在OpticStudio中，您可以使用如下參考：

X軸參考：向量P由K叉乘X決定，向量S由P叉乘K決定（默認(rèn)選項(xiàng)）

Y軸參考：向量S由Y叉乘K決定，向量P由K叉乘S決定

Z軸參考：向量S由K叉乘Z決定，向量P由K叉乘S決定

需要注意的是：向量S，P和K（傳播方向）是相互正交的，如下圖所示，它們分別用紅色、藍(lán)色和綠色箭頭表示：

這種方法可以為您在定義輸入偏振態(tài)時(shí)提供更多選擇。默認(rèn)的入射平面與Z軸垂直，所以傳統(tǒng)的S和P的定義方法限制用戶無法定義Z軸參考的偏振態(tài)。

偏振光瞳圖

偏振光瞳圖功能是OpticStudio中實(shí)用的一種快速查看光學(xué)元件表面偏振態(tài)的方法。但需要注意的是，該分析結(jié)果和實(shí)際情況確實(shí)存在細(xì)微的偏差，因此在使用該分析結(jié)果時(shí)請(qǐng)格外注意。

通常情況下，OpticStudio中的計(jì)算與時(shí)間無關(guān)（例如在穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)瞬間）。然而，在偏振光瞳圖并不是這樣的，它會(huì)在笛卡爾坐標(biāo)圖中顯示出特定表面處的電場(chǎng)向量 (Ex, Ey) 的端點(diǎn)在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的軌跡。這是由于相位不同造成了偏振橢圓方向不同。對(duì)于大多數(shù)計(jì)算，OpticStudio分析偏振橢圓時(shí)是沿時(shí)間軸的正向還是反向并不重要，這是因?yàn)槲覀兗僭O(shè)系統(tǒng)為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。在默認(rèn)設(shè)置下，分析計(jì)算都是沿時(shí)間軸正向的（光線即將入射到特定表面的時(shí)候）。

此外，在您定義Jx和Jy的初始相位偏移時(shí)，在X-面 (X-Phase) 或Y-面 (Y-Phase) 中輸入的正值都會(huì)使Jx相對(duì)Jy延后。例如，定義X-面為90°且Y-面為0°，這會(huì)導(dǎo)致Ex電場(chǎng)分量相對(duì)Ey電場(chǎng)分量咽喉90°，如下圖所示：

假設(shè) (Jx, Jy) = (0.707, 0.707)，則偏振橢圓為順時(shí)針的圓環(huán)，我們可以在偏振光瞳圖中查看這一結(jié)果，如下圖所示：