偏振器的案例
RP 系列激光分析設計軟件 | 薄膜偏振器
粘結與光學有關的無環氧偏振立方體，不需要膠合劑，可以承受數倍高的光通量。
圖2:基于兩個45°棱鏡之間薄膜涂層的偏振立方體。
由于多層膜中的干涉效應與波長有關，薄膜偏振器只能在有限的波長范圍和角度范圍內工作。不過，通過對薄膜設計的適當優化，可以在幾十甚至幾百納米的范圍內工作。然而，這種寬帶偏振器不能實現窄帶偏振器(激光線偏振器)的非常高的性能，窄帶偏振器針對窄波長范圍進行了優化。圖3顯示了中等工作帶寬為50nm的示例。
圖3：基于 TiO2/SiO2的薄膜偏振片立方體的反射率，使用 RP Coating 軟件進行設計，工作波段為600–650nm。
對于薄膜偏振器的涂層優化，類似的數值技術可以用于設計寬帶分束器或二向色鏡，例如。
薄膜偏振器的一個優點是它們可以制造出相當大的尺寸，這對于晶體(雙折射)偏振器來說更加困難。因此，可以在非常高的峰值功率電平下使用激光脈沖來操作這種高功率或高能設備。
展開 光學仿真干貨丨Lumerical納米線柵偏振器仿真應用
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下面為大家介紹一下“Lumerical納米線柵偏振器仿真應用”，歡迎大家學習！
01 說明
/ Ansys Lumerical
由亞波長金屬光柵（納米線柵偏振器）組成的高對比度偏振控制器件正在取代體光學元件。納米線柵偏振器提供了較好的消光比對比度、最小的吸收以解決高亮度照明，以及緊湊的形狀以便于大規模制造和集成在小型光學器件中。然而，納米線柵偏振器的設計具有一定挑戰性，特別是考慮到制造缺陷。在本應用示例中，展示了如何使用FDTD在保持高透射率的同時，在任意角度上最大化納米線柵偏振器的對比度。
02 綜述
/ Ansys Lumerical
本例將計算由具有線寬W和厚度H的鋁納米線柵的玻璃襯底（n=1.4）制成的納米線柵偏振器的對比度。光源照射光柵偏振器上表面，即當電場與光柵線相切時偏振器應阻擋S偏振光，如上圖所示。
分析1：對比度 VS 光柵常數
本分析將計算厚度H=140nm的50%占空比光柵和正入射光的對比度與間距的關系，光柵常數將在40nm和240nm之間變化（對應于W＝20nm到W＝120nm的線寬變化），將繪制3個不同波長（λ=450nm、λ=550nm和λ=650nm）的結果。
展開 Ansys Lumerical | 納米線柵偏振器仿真應用
說明
由亞波長金屬光柵（納米線柵偏振器）組成的高對比度偏振控制器件正在取代體光學元件。納米線柵偏振器提供了較好的消光比對比度、最小的吸收以解決高亮度照明，以及緊湊的形狀以便于大規模制造和集成在小型光學器件中。然而，納米線柵偏振器的設計具有一定挑戰性，特別是考慮到制造缺陷。在本應用示例中，展示了如何使用FDTD在保持高透射率的同時，在任意角度上最大化納米線柵偏振器的對比度。
綜述
本例將計算由具有線寬W和厚度H的鋁納米線柵的玻璃襯底（n=1.4）制成的納米線柵偏振器的對比度。光源照射光柵偏振器上表面，即當電場與光柵線相切時偏振器應阻擋S偏振光，如上圖所示。
分析1：對比度 VS 光柵常數
本分析將計算厚度H=140nm的50%占空比光柵和正入射光的對比度與間距的關系，光柵常數將在40nm和240nm之間變化（對應于W＝20nm到W＝120nm的線寬變化），將繪制3個不同波長（λ=450nm、λ=550nm和λ=650nm）的結果。通過對具有幾個不同周期的光柵的透射對比度進行仿真，獲得的結果與參考文獻[1]獲得的結果一致。
圖1
同時，可以將Movie Monitor添加到仿真中以查看時域場，為了使視頻更容易理解，增加仿真范圍的大小以包括器件多個周期，在本例中仿真了器件的5個周期。
展開 VirtualLab偏振分析器
摘要
線柵偏振器，可以使透射光產生線性偏振狀態，是眾多應用中常見的一種光學元件。由于它們的結構在亞波長范圍內，因此必須對光的傳播進行嚴格的處理。VirtualLab的偏振分析器及其內置的RCWA能夠詳細分析和優化，不僅是偏振器，還有抗反射結構和其他類型的光柵。它提供了與偏振有關的反射和/或透射衍射階數的信息，同時還可以分析效率與波長和/或入射角的關系。
任務描述
本文件的主題是使用偏振分析器研究光柵的衍射階數的偏振狀態。
光柵式光學裝置中的偏振分析器
編輯偏振分析器
-該分析器計算了所定義結構的每個衍射階數的兩個正交偏振狀態的效率之和（無論是透射還是反射）。
-為此，在相應系統的光柵組件中配置的光柵被使用。
-效率之和可以從所有（傳播）階數中計算，也可以從用戶定義的階數范圍中計算。
編輯偏振分析器
-入射光束的偏振狀態可以根據以下坐標系來定義。
a. 光柵的坐標系
b.光源的坐標系
c.P-S坐標系
d.TE-TM坐標系
偏振方向
a．光柵坐標系
瓊斯矢量分別描述了沿光柵組件的X軸和Y軸的電場。
b．光源坐標系
瓊斯矢量分別描述了沿光源X軸和Y軸的電場。
非錐形入射的偏振方向
c．p-s坐標系
d．TE-TE坐標系
入射平面由光柵表面的法向量和入射光線的方向向量定義（在非錐形情況下，光柵向量也在這個平面內）。p-極化狀態與入射平面平行，而s-極化狀態與之垂直。對于TE/TM極化，這也相應有效（TM：平行，TE：垂直）。
展開 
焦點區域處的偏振器
摘要
對于線性偏振光，如果偏振器與入射光的偏振處于正交關系放置時，則會出現擋光。這僅適用于正入射的情況，但不適用于非傍軸情況。為了模擬這種效應，實現了非傍軸情況下的理想偏振器的建模。作為示例，分析高NA聚焦透鏡的聚焦區域中放置一可旋轉偏振器后的場。
1. 建模任務
2. 結果
3. 文件和技術信息
FRED應用：模擬沃拉斯頓棱鏡偏振器
介紹
沃拉斯頓棱鏡偏振器包含兩個由單軸晶體構成的直角棱鏡，如方解石，它經常用于沃拉斯頓棱鏡中。兩塊單軸晶體是定向的，使得晶軸互相垂直。如下圖所示的幾何結構，水平偏振光在第一個區域中以非尋常折射率（ne）傳播，折射到第二個區域中，以尋常折射率（no）傳播。垂直偏振光經過相反的折射，兩個偏振態就這樣分開了。本文介紹了一個腳本，即wollastonCreator.frs，根據輸入到基本對話框中的用戶技術參數來創建一個沃拉斯頓棱鏡，且允許三個方向上具有不同的尺寸。wollatsonPrismPolarizers.frd這個FRED文件包含兩個使用生成器腳本創建的沃拉斯頓棱鏡— 一個是基于ThorLabs模型，另一個是基于Edmund光學模型。為了方便起見，沃拉斯頓生成器腳本和雙折射材料生成器腳本已作為嵌入式腳本包含在里面。當定義用于沃拉斯頓棱鏡偏振器的雙折射材料時，雙折射材料生成器可能會非常有用。
圖1. 沃拉斯頓棱鏡偏振器的晶軸標記為黑色箭頭，水平（x）偏振光向上偏折，垂直（y）偏振方向上下偏折（假定為負單軸晶體no>ne）。
FRED中的雙折射材料
在使用雙折射材料創建元件之前，理解他們在FRED中如何定義的是很有用的。通過使用“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”作為材料類型，指定若干波長處的尋常和非尋常折射率，單軸晶體的軸向量，我們就定義了一個雙折射材料。通常，晶軸方向是一個矢量，該矢量的指向沿著與全局坐標系中非尋常折射率ne相關的方向。當創建一個新的雙折射材料時，包含晶軸方向名字或描述是一個好的習慣。當一個雙折射材料分配到一個表面時，它是置于該表面的父實體（目標實體）的局部坐標系中。當使用雙折射材料創建透鏡、反射鏡或棱鏡時，也是同樣的道理。
展開 [Optiwave] OptiFDTD應用：偏振分束器
1、偏振分束器
基于絕緣體上硅（SOI）平臺，利用定向耦合器可實現緊湊且高效的偏振分束器（PBS）。本文對一種集成亞波長光柵（SWG）波導與槽型波導的偏振分束器進行了仿真[1]。該設計借助亞波長光柵波導和槽型波導的獨特特性，在小尺寸范圍內實現基于偏振的光束分離。偏振分束器的直通路徑采用亞波長光柵波導，交叉路徑采用槽型波導。亞波長光柵波導由周期性亞波長結構構成，其有效折射率可實現精細調控。在本設計中，亞波長光柵波導作為橫電（TE）偏振光的直通波導，使其傳播時與槽型波導的耦合程度極低；同時，它支持橫磁（TM）偏振光寬頻耦合至槽型波導。此外，亞波長光柵波導中的錐形過渡結構可最大限度減少其與條形波導界面處的反射，保證高效耦合。槽型波導由兩個間距緊密的硅側壁及狹窄的二氧化硅間隙組成，這種結構使 TE 偏振的電場被強烈限制在低折射率的間隙內，而 TM 偏振在槽型波導中的場分布則與條形波導相似。亞波長光柵的尺寸經過定制，僅使 TM 偏振實現條形波導（直通路徑）與槽型波導（交叉路徑）之間的模式匹配，從而實現從直通路徑到交叉路徑的高效耦合，完成偏振選擇性的能量傳輸。
2、仿真
偏振分束器的仿真采用三維時域有限差分法（OptiFDTD），工作波長為 1550nm。在三維 OptiFDTD 中，通過有限元法（FEM）求解器進行精確的模式分析，以獲取光源注入的光模式分布（有限元法通用求解器的設置詳見表 1）。偏振分束器的三維模型分為三個部分：輸入區、耦合區和分離區，所有區域均位于 SOI 平臺上（結構的幾何參數詳情見圖 1、圖 2 及表 2）。
展開 FRED應用：模擬沃拉斯頓棱鏡偏振器
沃拉斯頓棱鏡偏振器包含兩個由單軸晶體構成的直角棱鏡，如方解石，它經常用于沃拉斯頓棱鏡中。兩塊單軸晶體是定向的，使得晶軸互相垂直。如下圖所示的幾何結構，水平偏振光在第一個區域中以非尋常折射率（ne）傳播，折射到第二個區域中，以尋常折射率（no）傳播。垂直偏振光經過相反的折射，兩個偏振態就這樣分開了。本文介紹了一個腳本，即wollastonCreator.frs，根據輸入到基本對話框中的用戶技術參數來創建一個沃拉斯頓棱鏡，且允許三個方向上具有不同的尺寸。wollatsonPrismPolarizers.frd這個FRED文件包含兩個使用生成器腳本創建的沃拉斯頓棱鏡— 一個是基于ThorLabs模型，另一個是基于Edmund光學模型。為了方便起見，沃拉斯頓生成器腳本和雙折射材料生成器腳本已作為嵌入式腳本包含在里面。當定義用于沃拉斯頓棱鏡偏振器的雙折射材料時，雙折射材料生成器可能會非常有用。
介紹
在使用雙折射材料創建元件之前，理解他們在FRED中如何定義的是很有用的。通過使用“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”作為材料類型，指定若干波長處的尋常和非尋常折射率，單軸晶體的軸向量，我們就定義了一個雙折射材料。通常，晶軸方向是一個矢量，該矢量的指向沿著與全局坐標系中非尋常折射率ne相關的方向。當創建一個新的雙折射材料時，包含晶軸方向名字或描述是一個好的習慣。當一個雙折射材料分配到一個表面時，它是置于該表面的父實體（目標實體）的局部坐標系中。當使用雙折射材料創建透鏡、反射鏡或棱鏡時，也是同樣的道理。
展開 OptiFDTD應用：偏振分束器
偏振分束器的仿真采用三維時域有限差分法（OptiFDTD），工作波長為 1550nm。在三維 OptiFDTD 中，通過有限元法（FEM）求解器進行精確的模式分析，以獲取光源注入的光模式分布（有限元法通用求解器的設置詳見表 1）。偏振分束器的三維模型分為三個部分：輸入區、耦合區和分離區，所有區域均位于 SOI 平臺上（結構的幾何參數詳情見圖 1、圖 2 及表 2）。
2、仿真
基于絕緣體上硅（SOI）平臺，利用定向耦合器可實現緊湊且高效的偏振分束器（PBS）。本文對一種集成亞波長光柵（SWG）波導與槽型波導的偏振分束器進行了仿真[1]。該設計借助亞波長光柵波導和槽型波導的獨特特性，在小尺寸范圍內實現基于偏振的光束分離。偏振分束器的直通路徑采用亞波長光柵波導，交叉路徑采用槽型波導。亞波長光柵波導由周期性亞波長結構構成，其有效折射率可實現精細調控。在本設計中，亞波長光柵波導作為橫電（TE）偏振光的直通波導，使其傳播時與槽型波導的耦合程度極低；同時，它支持橫磁（TM）偏振光寬頻耦合至槽型波導。此外，亞波長光柵波導中的錐形過渡結構可最大限度減少其與條形波導界面處的反射，保證高效耦合。槽型波導由兩個間距緊密的硅側壁及狹窄的二氧化硅間隙組成，這種結構使 TE 偏振的電場被強烈限制在低折射率的間隙內，而 TM 偏振在槽型波導中的場分布則與條形波導相似。亞波長光柵的尺寸經過定制，僅使 TM 偏振實現條形波導（直通路徑）與槽型波導（交叉路徑）之間的模式匹配，從而實現從直通路徑到交叉路徑的高效耦合，完成偏振選擇性的能量傳輸。
展開 用FRED模擬沃拉斯頓棱鏡偏振器
介紹
沃拉斯頓棱鏡偏振器包含兩個由單軸晶體構成的直角棱鏡，如方解石，它經常用于沃拉斯頓棱鏡中。兩塊單軸晶體是定向的，使得晶軸互相垂直。如下圖所示的幾何結構，水平偏振光在第一個區域中以非尋常折射率（ne）傳播，折射到第二個區域中，以尋常折射率（no）傳播。垂直偏振光經過相反的折射，兩個偏振態就這樣分開了。本文介紹了一個腳本，即wollastonCreator.frs，根據輸入到基本對話框中的用戶技術參數來創建一個沃拉斯頓棱鏡，且允許三個方向上具有不同的尺寸。wollatsonPrismPolarizers.frd這個FRED文件包含兩個使用生成器腳本創建的沃拉斯頓棱鏡— 一個是基于ThorLabs模型，另一個是基于Edmund光學模型。為了方便起見，沃拉斯頓生成器腳本和雙折射材料生成器腳本已作為嵌入式腳本包含在里面。當定義用于沃拉斯頓棱鏡偏振器的雙折射材料時，雙折射材料生成器可能會非常有用。
圖1. 沃拉斯頓棱鏡偏振器的晶軸標記為黑色箭頭，水平（x）偏振光向上偏折，垂直（y）偏振方向上下偏折（假定為負單軸晶體no>ne）。
FRED中的雙折射材料
在使用雙折射材料創建元件之前，理解他們在FRED中如何定義的是很有用的。通過使用“Sampled Birefringent and/or Optically Active Material”作為材料類型，指定若干波長處的尋常和非尋常折射率，單軸晶體的軸向量，我們就定義了一個雙折射材料。通常，晶軸方向是一個矢量，該矢量的指向沿著與全局坐標系中非尋常折射率ne相關的方向。當創建一個新的雙折射材料時，包含晶軸方向名字或描述是一個好的習慣。當一個雙折射材料分配到一個表面時，它是置于該表面的父實體（目標實體）的局部坐標系中。當使用雙折射材料創建透鏡、反射鏡或棱鏡時，也是同樣的道理。
展開 VirtualLab：光柵偏振分析器
非錐形入射的偏振方向
c.p-s坐標系
d.TE-TE坐標系
入射平面由光柵表面的法向量和入射光線的方向向量定義（在非錐形情況下，光柵向量也在這個平面內）。p-極化狀態與入射平面平行，而s-極化狀態與之垂直。對于TE/TM極化，這也相應有效（TM：平行，TE：垂直）。
錐形入射的偏振方向
c.p-s坐標系
d.TE-TM坐標系
在錐形情況下，光的入射方向不再是由表面法線和光柵矢量定義的平面內。同樣，入射光線的偏振狀態是根據入射方向和光柵表面的法線矢量形成的入射平面來定義的。
輸出數據的規格
除了兩個正交偏振方向的效率外，該分析儀還提供其他評價函數，如偏振對比度和平均效率。
-Ex方向的Ix效率：Ex偏振的整體反射/傳輸效率。
-Ey方向的Iy效率：Ey偏振的整體反射/傳輸效率。
-偏振對比度：P=Ix/Iy。
-平均效率：A=(Ix+Iy)/2。
內置的參數運行功能
-分析器提供了一個內置的Parameter Run功能，用于分析指定范圍內的波長和/或入射角的目標函數。
-此外，一些Advanced Outputs也是可用的，例如，在定義的波長或角度范圍內說明所選優點函數的變化的圖示。
-通過激活相應的復選框（同樣，對于最小、最大和均勻性誤差），將產生相應的附加輸出。
內置的參數運行功能
入射角定義的注意事項：
如果您在光學設置中創建一個新的偏振分析器，偏振分析器中的角度定義類型將根據該光學設置中光柵組件的方向定義類型來設置，即：
-對于球面角，Theta、Phi和Zeta角可以被改變。
-對于方向角，Zeta角可以改變。
-對于笛卡爾角，可以改變Alpha、Beta和Zeta的角度。
展開 
TechWiz OLED應用—圓偏振器的發射特性
OLED顯示器的設計減少了外部光源的反射，這是提高可見度的一個重要因素，為此，我們在頂板上使用了圓形偏振器。然而，這會導致每個視角的色差，并將內部光提取效率降低約50%。為了解決這一問題，需要一種能夠控制光源偏振的技術以及減反射膜的優化設計。
具有多孔光纖的偏振分束器
采用矢量有限元法
應用
? 無源光學
? 單偏振傳輸
? 偏振分束器
? 光子晶體光纖
? 偏振復用
? 色散控制
綜述
設計了一種橢圓-纖芯-圓孔的多孔光纖(EC-CHFs)用于單偏振傳輸[1]。與傳統的圓孔-纖芯-圓孔光纖(CC-CHF)一起，偏振分離器可以將入射CC-CHF的光耦合到支持x偏振模式或y偏振模式的EC-CHF，如下圖所示。
腳本系統生成
優點：
? 矢量有限元法(VFEM)在計算所有電磁場分量和近似幾何方面具有極高的精度，在光子晶體光纖中具有極其重要的意義
? 單軸完美匹配層（UPML）可用于查找泄漏模式。
? 三角形網格大小可用于精確近似電磁場和波導幾何形狀。
? 針對具有一定對稱性的模態，利用波導的對稱性，可以縮小仿真域。
仿真描述
參考文獻[1]的目的是設計一個具有偏振分束器。分束器由3個分離的多孔光纖組成。兩個外孔光纖各自提供一個偏振，而中心結構支持兩個偏振。入射光將根據偏振，選擇性地與任何一種外孔光纖耦合。
第一步是相位匹配每個結構的模式，以減少反射[1]。不同的結構必須具有某些共同的性質，如間距和包層原子。在每個結構的纖芯內都有大小和形狀自由選擇的孔。
圖1：各類型芯徑的磁場分布。(a) yEC-CHF, (b) xEC-CHF, (c) CC-CHF
利用[1]中給出的特性，利用OptiMode計算三個不同核的模態指數，記錄在表1中。
展開 TechWiz OLED應用—圓偏振器的發射特性
OLED顯示器的設計減少了外部光源的反射，這是提高可見度的一個重要因素，為此，我們在頂板上使用了圓形偏振器。然而，這會導致每個視角的色差，并將內部光提取效率降低約50%。為了解決這一問題，需要一種能夠控制光源偏振的技術以及減反射膜的優化設計。
光柵偏振分析器
-分析器提供了一個內置的Parameter Run功能，用于分析指定范圍內的波長和/或入射角的目標函數。
例子
-對于歐拉角，可以改變Psi、Theta和Phi的角度。
-對于笛卡爾角，可以改變Alpha、Beta和Zeta的角度。
-對于方向角，Zeta角可以改變。
-對于球面角，Theta、Phi和Zeta角可以被改變。
如果您在光學設置中創建一個新的偏振分析器，偏振分析器中的角度定義類型將根據該光學設置中光柵組件的方向定義類型來設置，即：
入射角定義的注意事項：
