如何模擬雙晶體的雙折射偏振器

雙折射偏振器件

模擬雙折射偏振器件通常需要使用兩塊雙折射材料，并且材料的晶軸方向存在一定夾角。例如洛匈偏振器 (Rochon polarizer) 使用兩塊雙折射棱鏡組成偏振器（本例為KDP晶體）：

在這個偏振器中，兩塊KDP晶體材料的棱鏡以晶軸夾角為90°組合在一起，如上圖所示。塊棱鏡的晶軸（上圖橙色虛線表示）的方向余弦為 (0, 0, 1)，與局部Z軸重合。在第二塊棱鏡中，晶軸的方向余弦為 (0, 1, 0)，與局部X軸重合。這些參數(shù)都是在雙折射輸入表面中輸入的。您可以輸入任意方向余弦來定義以表面頂點為起點的晶軸方向。

當光線穿過雙折射材料時，材料的折射率在偏振態(tài)P和S下并不相同。（需要注意的是偏振態(tài)S和前文中的向量S不同。S向量為光線向量，表示光能量的傳播方向。與該向量相聯(lián)系的電場垂直于S，向量S實際上是偏振態(tài)S和P在該方向上的疊加。同樣需要注意的是在雙折射介質(zhì)中，偏振態(tài)S和P方向的定義與其他計算如鍍膜和菲涅爾表面效應計算中所指的偏振方向并不相同。）在雙折射介質(zhì)中，S和P表示與晶軸垂直或平行的方向，而不是參考于表面法向量。其中尋常光的折射率為垂直方向（S偏振態(tài)）的折射率，非尋常光的折射率為平行方向（P偏振態(tài)）的折射率。

如果模式參數(shù)為0，則系統(tǒng)追跡尋常光線（只包含S分量），P分量光的透過率為0。如果設置模式參數(shù)為1則系統(tǒng)追跡非尋常光線，S分量光的透過率為0.

這個方法可以正確設置每個模式的透過率，但如果想得到總透過率，則需要將每種模式的光組合疊加在一起。如果系統(tǒng)中包含2組雙折射面，則共需要進行4次光線追跡；如果系統(tǒng)中有3組雙折射面，則共需要進行8次光線追跡，以此類推。

對于該偏振器來說，我們需要設置4個結構以表示4次光線追跡：

對于每個結構來說：

結構1：追跡了晶體1中的尋常光和晶體2中的尋常光

結構2：追跡了晶體1中的尋常光和晶體2中的非尋常光

結構3：追跡了晶體1中的非尋常光和晶體2中的尋常光

結構4：追跡了晶體1中的非尋常光和晶體2中的非尋常光

之后我們需要將各個結構的場振幅 (field amplitudes) 疊加在一起，而不是強度疊加在一起。這一點非常關鍵，我們將在下一節(jié)中詳細討論。