簡介：
本文的目的是介紹FRED的材料性質方面一些(xiē)高(gāo)級的設定，這些(xiē)設定共分成以下幾個(gè)部份。
雙折射晶體(tǐ)和(hé)偏振光幹涉
光源偏振設置
雙折射材料方向和(hé)其他設定
幹涉結果和(hé)光線性質查看
漸變折射率(GRIN)材料
腳本設置漸變折射率材料
定性模拟結果
雙折射晶體(tǐ)和(hé)偏振光幹涉
偏振光幹涉現象在實際中有(yǒu)很(hěn)多(duō)應用，這裏要模拟的是一種典型的雙折射幹涉實驗，設置如下圖所示：左側是偏振光源，偏振方向是在xy平面且與x軸夾角45度，所有(yǒu)光線的反向延長線指向一點。接下來(lái)光線經過方解石平闆，厚2mm，光軸方向沿z 軸。然後光線通(tōng)過偏振片，偏振片方向與光源方向垂直（xy 平面，與x 夾角-45度），偏振片是通(tōng)過設置偏振鍍膜來(lái)實現的。最右邊是接收分析面，光線在這裏停止，用來(lái)計(jì)算(suàn)光強。
圖1. 系統設置
下面設置雙折射材料。在材料文件夾下右擊，選擇新建材料（create a new material），選擇類型為(wèi)取樣雙折射材料或旋光性物質（sampled birefringent and/or optically active material），波長設置為(wèi)0.5875618，o光和(hé)e光的折射率分别設為(wèi)1.66 和(hé) 1.49，光軸方向設置為(wèi)z軸（0，0，1）。
圖2. 雙折射材料
偏振片是通(tōng)過偏振鍍膜來(lái)實現的，如下新建偏振鍍膜。右擊鍍膜文件夾，新建鍍膜，類型選擇偏振/波片鍍膜瓊斯矩陣(Polarizer/Waveplate Coating jones matrix)，然後默認的就是沿x軸偏振鍍膜。
圖3. 偏振鍍膜
右擊光源文件夾并選擇新建詳細光源。命名為(wèi)Diverging beam，光源的類型選擇為(wèi)六邊形平面，方向選擇從某點發出，并且把這一點選在z軸負軸的某一點(0,0,-20)。設置光源設為(wèi)相幹光，在偏振(polarization)選項卡裏設置光源偏振類型和(hé)方向為(wèi)線性偏振，方向為(wèi)x軸方向（下面通(tōng)過把光源沿z軸選擇-45度來(lái)調整偏振方向，當然也可(kě)以在這裏設置偏振方向為(wèi)某一個(gè)特定點方向，但(dàn)是用前一種方法在需要改變光源偏振方向時(shí)會(huì)更方便一些(xiē)）。然後設置光源位置和(hé)旋轉，将光源位置設置在(0,0,-3)，沿z軸選擇-45度。
圖4. 光源方向
圖5. 光源相幹性設置
圖6. 光源偏振設置
圖7. 光源位置和(hé)旋轉
在幾何結構文件夾(geomertry)下右擊，選擇新建透鏡(lens)。如下如設置半徑10，厚度2，雙面曲率為(wèi)0，在原點處，并且把方解石材料的套用在該透鏡上(shàng)。如下圖所示。
圖8. 新建方解石平闆
在幾何結構文件夾下(geometry)下右擊，新建基本元件(create element primitive)，平面(plane)，半長寬分别是10單位，旋轉 -45度，向z軸負方向平移5個(gè)單位。把偏振鍍膜套用在偏振片上(shàng)。
圖9. 新建偏振片
同樣步驟建立接收面，半長寬分别12，位置在(0,0,10)處。
圖10. 接收面
設立分析面，并且套用在接收面上(shàng)。這裏分析面對尺寸設置為(wèi)可(kě)以自動匹配到數(shù)據範圍。
圖11. 分析面
到這裏設置已經完畢，整個(gè)系統看起來(lái)像下圖的樣子，也可(kě)以到 Edit/Edit View Multiple Surfaces 下查看各個(gè)表面的材料，鍍膜，光線控制(zhì)等性質。
圖12. 整體(tǐ)系統
圖13. 各個(gè)表面性質
現在定性討(tǎo)論一下幹涉的效果。因為(wèi)光源與偏振片的偏振方向垂直，所以隻有(yǒu)偏振方向改變的光線能夠通(tōng)過。光線通(tōng)過單軸晶體(tǐ)時(shí)，分為(wèi)o光(ordinary)和(hé)e光(extraordinary)，其中o光電(diàn)場(chǎng)分量與主平面（光線與光軸組成的平面）垂直，e光電(diàn)場(chǎng)分量與主平面平行(xíng)，在晶體(tǐ)內(nèi)o光和(hé)e光的速度一般會(huì)不同（與光軸和(hé)光線方向有(yǒu)關），即等效折射率不同，所以兩種光分開(kāi)一個(gè)很(hěn)小(xiǎo)的角度，而且傳播同樣距離會(huì)有(yǒu)一個(gè)相位差。由于o光e光偏振角度不同，并不能直接相幹，但(dàn)是兩種光投影(yǐng)在偏振片上(shàng)的分量是滿足相幹條件的。兩種光的相位差是随着傾斜角度變化的，所以随着傾角的變化會(huì)出現明(míng)暗交替的環。
對于同一個(gè)傾角的光線，不同方位角的光線投影(yǐng)在單軸晶體(tǐ)上(shàng)的的o光和(hé)e光分量大(dà)小(xiǎo)不同，這些(xiē)o光和(hé)e光投影(yǐng)在偏振片上(shàng)分量也随着方位角而變化，所以可(kě)以設想同一環上(shàng)的光強也會(huì)随着方位角而周期性變化。實際上(shàng)，會(huì)在相幹環上(shàng)出現一個(gè)暗的十字刷。
下面追迹光線并且查看能量分布，如下圖所示。
這裏改變了繪圖樣式和(hé)顔色級别，可(kě)以通(tōng)過右擊圖表，選擇change color level 來(lái)設置。
圖14. 光線追迹效果
在 Analysis/Polarization Spot Diagram (Ctrl+Shift+L) 裏查看分析面上(shàng)的光線偏振情況，應該都是方向為(wèi)-45度的線偏光,如下圖所示。也可(kě)以将接收面移動到偏振片之前，将接受面沿z軸的偏移量從10 單位長度調整到3，查看一下這裏光線的偏振情況。可(kě)以看到o光和(hé)e光在同一傾斜角，不同方位角時(shí)分量會(huì)不同。
圖15. 分析面上(shàng)光線的偏振情況
圖16. 偏振片前光線的偏振情況
下面考慮将偏振片旋轉一定角度後幹涉結果會(huì)如何變化，如下圖，将偏振片繞z軸旋轉 -80度。
圖17. 将偏振片旋轉一定角度
圖18. 旋轉偏振片後的幹涉情況
偏振幹涉的幹涉圖樣是千變萬化的，現在調整光軸方向傾斜一個(gè)小(xiǎo)的角度，觀察會(huì)出現什麽結果。
晶體(tǐ)的光軸或者漸變折射率材料（GRIN）的方向可(kě)以在 Tools -> edit/view GRIN/Birefrigent Material position/orientation （查看調整漸變折射率材料/雙折射材料位置方向）中調整，分别選者材料和(hé)元件，調整位置或角度，如下圖所示。
圖19. 調整雙軸晶體(tǐ)晶軸方向
圖20. 光軸沿線x軸旋轉3度後的幹涉圖樣
從上(shàng)圖可(kě)以看出，傾斜光軸隻是相當于平移了幹涉圖樣。
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