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簡介
FRED具備通(tōng)過光學系統模拟光線偏振的能力。光源可(kě)以是随機偏振、圓偏振或線偏振。過濾或控制(zhì)偏振的光學元件，如雙折射波片和(hé)偏振片，可(kě)以準确的模拟。FRED偏振模型中一些(xiē)簡單例子包括吸收二向色性和(hé)線栅偏振片，方解石半波片，和(hé)馬耳他十字現象。這些(xiē)特性的每一個(gè)都可(kě)以應用到更複雜的光學系統中，如液晶顯示（LCDs）、幹涉儀和(hé)偏光顯微鏡。
波片模型
波片是由尋常光和(hé)非尋常光具有(yǒu)不同折射率值的材料制(zhì)成。取向合适時(shí)，波片可(kě)以改變光線的一個(gè)偏振分量（相對于另一個(gè)），從而改變它的偏振态。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系統的X偏振片示例開(kāi)始，波片元件添加到了x偏振片後面（圖1）。模拟一個(gè)波片有(yǒu)兩種方法。最簡單的方法是指定一個(gè)1/2波片塗層到一個(gè)表面上(shàng)。在FRED文件的Coatings分類下，用戶可(kě)以右鍵點擊Create a New Coating….在下拉菜單中，可(kě)以選擇“Polarizer/Waveplate Coating (Jones matrix)”。對于這個(gè)例子，塗層類型選擇“1/2 wave +45 Fast Axis”。這樣可(kě)以保證波片的晶軸相對于x偏振的入射光旋轉45度。
圖1.随機偏振光通(tōng)過x偏振片過濾。剩餘的光線通(tōng)過一個(gè)+45°1/2波片（黃色），它可(kě)以将x偏振光轉換成y偏振光。
模拟波片的一個(gè)更加精确的方法是指定一個(gè)自定義雙折射材料到一個(gè)杆狀元件中。在FRED文件的Material分類中，用戶可(kě)以右鍵點擊并選擇Create a New Material….在下拉菜單中，可(kě)以選擇“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”。對于這個(gè)例子，晶軸偏轉+45°（0.707,0.707,0），然後定義下面的材料特性（基于方解石晶體(tǐ)）：波長=0.59um，no=1.658，ne=1.486，ko=0，ke=0。
作(zuò)為(wèi)1/2波片，一定要選擇杆的長度，這樣尋常和(hé)非尋常偏振分量可(kě)以通(tōng)過1/2λ的淨值分隔開(kāi)來(lái)。
其中L=杆長，λ是以系統單位表示的光波長，K是一個(gè)整數(shù)，no和(hé)ne是雙折射率的尋常和(hé)非尋常分量。通(tōng)過這個(gè)塊狀雙折射材料的光線追迹會(huì)将每個(gè)光線分成尋常和(hé)非尋常分量。作(zuò)為(wèi)分析結果，偏振點圖（Polarization Spot Diagram）将會(huì)顯示每個(gè)單獨的分量（圖2）。
圖2.x偏振光通(tōng)過一個(gè)方解石1/2波片後的偏振點圖。偏振的尋常和(hé)非尋常分量繪制(zhì)成單獨的光線。
為(wèi)了保證光線确實是y偏振的，在探測器(qì)表面顯示了相幹矢量波場(chǎng)（Coherent Vector Wave Field）。選擇右鍵菜單“Show X Component of Field”，然後再次點擊右鍵，選擇“Show Statistics”，可(kě)以觀察到x偏振分量上(shàng)能量的積分。比較X分量和(hé)Y分量，可(kě)以證實幾乎所有(yǒu)的入射能量都在y偏振分量上(shàng)。
波片的厚度決定了到達探測器(qì)x和(hé)y偏振光的比值。為(wèi)了說明(míng)這一點，使用3°楔形方解石替代杆狀波片。相幹場(chǎng)的x和(hé)y分量如圖3所示。
圖3.x偏振光通(tōng)過具有(yǒu)+45°光軸的楔形方解石晶體(tǐ)後，探測器(qì)上(shàng)相幹矢量場(chǎng)的x和(hé)y分量。波片厚度沿着y方向變化，因此在沿着楔形周期性位置處擔當着1/2波片的角色。
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