偏振光學的案例
[VirtualLab論文] 適用于所有偏振敏感光學系統的三維偏振代數體系
摘要：本文利用三維相干矢量（9×1矩陣）構建了一種新型三維偏振代數，可用于計算所有偏振敏感光學系統的偏振特性，尤其適用于入射光場為部分偏振或非偏振的情況。基于該三維偏振代數，我們對高數值孔徑（NA=1.25油浸式）顯微物鏡的偏振特性進行了理論分析，并采用商用軟件VirtualLab Fusion對該高數值孔徑光學系統進行了偏振仿真。通過對比理論計算與仿真結果，兩者呈現出完全匹配的關系，證實該三維偏振代數能夠有效量化所有偏振敏感光學系統的三維偏振特性。
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摘要 ：本文利用三維相干矢量（9×1矩陣）構建了一種新型三維偏振代數，可用于計算所有偏振敏感光學系統的偏振特性，尤其適用于入射光場為部分偏振或非偏振的情況。基于該三維偏振代數，我們對高數值孔徑（NA=1.25油浸式）顯微物鏡的偏振特性進行了理論分析，并采用商用軟件VirtualLab Fusion對該高數值孔徑光學系統進行了偏振仿真。通過對比理論計算與仿真結果，兩者呈現出完全匹配的關系，證實該三維偏振代數能夠有效量化所有偏振敏感光學系統的三維偏振特性。
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摘要：本文利用三維相干矢量（9×1矩陣）構建了一種新型三維偏振代數，可用于計算所有偏振敏感光學系統的偏振特性，尤其適用于入射光場為部分偏振或非偏振的情況。基于該三維偏振代數，我們對高數值孔徑（NA=1.25油浸式）顯微物鏡的偏振特性進行了理論分析，并采用商用軟件VirtualLab Fusion對該高數值孔徑光學系統進行了偏振仿真。通過對比理論計算與仿真結果，兩者呈現出完全匹配的關系，證實該三維偏振代數能夠有效量化所有偏振敏感光學系統的三維偏振特性。
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摘要 ：本文利用三維相干矢量（9×1矩陣）構建了一種新型三維偏振代數，可用于計算所有偏振敏感光學系統的偏振特性，尤其適用于入射光場為部分偏振或非偏振的情況。基于該三維偏振代數，我們對高數值孔徑（NA=1.25油浸式）顯微物鏡的偏振特性進行了理論分析，并采用商用軟件VirtualLab Fusion對該高數值孔徑光學系統進行了偏振仿真。通過對比理論計算與仿真結果，兩者呈現出完全匹配的關系，證實該三維偏振代數能夠有效量化所有偏振敏感光學系統的三維偏振特性。
展開 
點光源偏振傳播難把控？OAS 軟件案例來破局
點光源偏振案例分析
簡介
偏振光學作為現代光學的核心分支，在光通信、精密測量、顯示技術、激光雷達等領域具有不可替代的應用價值。在復雜光學系統設計中，光源偏振態的精準控制與表征是保障系統性能的關鍵環節。本案例基于 OAS 光學仿真軟件，針對左旋 90° 圓偏振點光源的傳播特性開展仿真分析，驗證偏振態在自由空間傳播中的穩定性，為后續復雜偏振光學系統的設計與優化提供基礎數據支撐。
案例設置與操作
模型構建
創建點光源，偏振態設定為左旋 90° 圓偏振，波長選取可見光波段常用的 532nm，光強設定為 1mW，確保光源特性符合通用偏振實驗標準。在光源光軸方向設置理想探測平面，避免額外偏振畸變影響仿真結果。
光源設置
將偏振態切換為 “圓偏振”，設置旋向為 “左旋”，相位延遲參數設定為 90°，完成偏振特性配置；同時補充波長、光強等基礎光學參數，確認光源發射模式為全空間均勻發散。
光線追跡
設置追跡光線數量以平衡仿真精度與計算效率；指定探測平面為數據采集面，勾選 “偏振橢圓圖”“偏振態參數表” 等輸出選項，設定數據采樣間隔為 0.1mm，保證探測數據的密度與準確性。
點光源偏振的三維追跡圖
點光源偏振的偏振橢圓圖
總結
本案例通過 OAS 軟件實現了偏振點光源傳播特性的高效仿真，其結果可直接應用于偏振光學系統的前期設計驗證，幫助工程師快速判斷光源偏振態設計的合理性，減少物理原型制作與實驗測試的成本。OAS 軟件憑借直觀的參數化建模界面、精準的偏振追跡算法，降低了偏振光學仿真的技術門檻。
展開 基于橢圓偏振法的光學薄膜測量
橢圓偏振分析器
在最新發布的快速物理光學軟件VirtualLab Fusion 2023.1中，橢圓偏振分析器已被添加到該軟件不斷增加的功能陣列中。它提供了一個簡單明了的方法，通過在模擬產生的電磁場結果上應用橢圓偏振的概念來研究涂層、多層結構和光柵的特性。此外，它還提供了在分析儀內自動掃描波長和入射角的可能性，從而方便地生成典型的橢圓偏振曲線，這些曲線在擬合到一個模型后，可以繼續揭示我們試圖從這些實驗中獲得的材料特性。你可以在下面找到解釋如何使用這個新的分析儀的文件鏈接，以及一個應用于二氧化硅涂層測量的例子。
橢圓偏振法是一種光學測量方法，它利用了光在被表面反射（或透過）時發生的偏振變化，例如塊狀材料或薄膜。隨著時間的推移，它在半導體和光學涂層應用中得到了普及，因為與傳統的反射測量相比，它的靈敏度更高。 因此，橢圓偏振法現在被用來準確地表征不同樣品的成分、粗糙度、厚度、結晶特性、導電性和其他材料特性。
展開 基于橢圓偏振法的光學薄膜測量
橢圓偏振法是一種光學測量方法，它利用了光在被表面反射（或透過）時發生的偏振變化，例如塊狀材料或薄膜。隨著時間的推移，它在半導體和光學涂層應用中得到了普及，因為與傳統的反射測量相比，它的靈敏度更高。因此，橢圓偏振法現在被用來準確地表征不同樣品的成分、粗糙度、厚度、結晶特性、導電性和其他材料特性。
在最新發布的快速物理光學軟件VirtualLab Fusion 2023.1中，橢圓偏振分析器已被添加到該軟件不斷增加的功能陣列中。它提供了一個簡單明了的方法，通過在模擬產生的電磁場結果上應用橢圓偏振的概念來研究涂層、多層結構和光柵的特性。此外，它還提供了在分析儀內自動掃描波長和入射角的可能性，從而方便地生成典型的橢圓偏振曲線，這些曲線在擬合到一個模型后，可以繼續揭示我們試圖從這些實驗中獲得的材料特性。你可以在下面找到解釋如何使用這個新的分析儀的文件鏈接，以及一個應用于二氧化硅涂層測量的例子。
橢圓偏振分析器
本用例展示了橢圓偏振法的基本原理，并說明了VirtualLab Fusion中內置的橢圓儀分析器的使用。
SiO2涂層的可變角度光譜橢圓偏振（VASE）分析
本用例說明了在VirtualLab Fusion中實現的橢圓偏振分析器在文獻中的使用：Woollam et al., Proc. SPIE 10294, 1029402 (1999).
展開 [NEWSLETTER] 基于橢圓偏振法的光學薄膜測量
橢圓偏振法是一種光學測量方法，它利用了光在被表面反射（或透過）時發生的偏振變化，例如塊狀材料或薄膜。隨著時間的推移，它在半導體和光學涂層應用中得到了普及，因為與傳統的反射測量相比，它的靈敏度更高。 因此，橢圓偏振法現在被用來準確地表征不同樣品的成分、粗糙度、厚度、結晶特性、導電性和其他材料特性。
在最新發布的快速物理光學軟件VirtualLab Fusion 2023.1中，橢圓偏振分析器已被添加到該軟件不斷增加的功能陣列中。它提供了一個簡單明了的方法，通過在模擬產生的電磁場結果上應用橢圓偏振的概念來研究涂層、多層結構和光柵的特性。此外，它還提供了在分析儀內自動掃描波長和入射角的可能性，從而方便地生成典型的橢圓偏振曲線，這些曲線在擬合到一個模型后，可以繼續揭示我們試圖從這些實驗中獲得的材料特性。你可以在下面找到解釋如何使用這個新的分析儀的文件鏈接，以及一個應用于二氧化硅涂層測量的例子。
橢圓偏振分析器
本用例展示了橢圓偏振法的基本原理，并說明了VirtualLab Fusion中內置的橢圓儀分析器的使用。
SiO2涂層的可變角度光譜橢圓偏振（VASE）分析
本用例說明了在VirtualLab Fusion中實現的橢圓偏振分析器在文獻中的使用：Woollam et al., Proc. SPIE 10294, 1029402 (1999).
展開 VirtualLab Fusion中偏振和全矢量物理光學
隨機偏振光在光柵仿真中的應用
下面您可以看到一些示例，展示了VirtualLab Fusion在與偏振和矢量效應特別相關的情況下的潛力。
作為一種仿真技術，物理光學最廣為認可的優點之一是它可以提供關于系統的廣泛信息。電磁場的矢量性質，以及光在系統中傳播時經常產生的復雜效應，都是這一考慮的重要組成部分。這就是為什么在VirtualLab Fusion中，我們總是使用完整的矢量場信息。
VirtualLab Fusion中偏振和全矢量物理光學
作為一種仿真技術，物理光學最廣為認可的優點之一是它可以提供關于系統的廣泛信息。電磁場的矢量性質，以及光在系統中傳播時經常產生的復雜效應，都是這一考慮的重要組成部分。這就是為什么在VirtualLab Fusion中，我們總是使用完整的矢量場信息。
下面您可以看到一些示例，展示了VirtualLab Fusion在與偏振和矢量效應特別相關的情況下的潛力。
隨機偏振光在光柵仿真中的應用
本文以光柵系統的仿真為例，說明了如何在VirtualLab Fusion中將非偏振光效應建模為兩個正交偏振態的平均值。
共焦掃描顯微鏡
該系統以光柵為樣品，演示了共焦顯微鏡的功能。通過VirtualLab Fusion中對電磁場的矢量處理及其“連接場解算器”方法，初始場的偏振、透鏡表面的微弱串擾、物鏡聚焦后導致的縱向分量的出現，以及光柵的強矢量響應，都在仿真中被自動考慮到。
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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展開 
訊技自研光學實驗教具應用：光的偏振實驗
實驗概述
將自然光變成偏振光的器件稱為起偏器。用于檢驗偏振光的器件稱為檢偏器。一束自然光通過起偏器后，出射光光矢量的振動方向依賴于起偏器。起偏器和檢偏器允許通過的光矢量的方向是起偏器的透光軸。光通過起偏器、檢偏器后的光強I和兩透光軸夾角θ的關系為
I=I0cos2θ
其中，I0為入射光強。可見若改變兩起偏器間的夾角則出射光強將發生變化。
使用VirutalLab Fusion建模仿真
圖1.在VirtualLab Fusion中搭建實驗光路
圖2.（左）兩偏振片平行
圖3.（右）兩偏振片成45°角
圖4.沿x軸一維曲線疊加（藍色為兩偏振片平行，紅色為兩偏振片45°夾角）
實驗教具中的實驗搭建
圖1.實驗光路
圖2.（左）兩偏振片平行
圖3.（右）兩偏振片成45°角
4.實驗總結
我們在VirtualLab Fusion軟件中可以很輕易地得到一些數值結果，因此很容易驗證馬呂斯定律，而在實驗中也可以通過探測器得到具體地數值結果，在本例中，我們使用接收屏也可以肉眼觀察到兩偏振片相對角度變化過程中光斑亮度的變化。
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實驗概述
將自然光變成偏振光的器件稱為起偏器。用于檢驗偏振光的器件稱為檢偏器。一束自然光通過起偏器后，出射光光矢量的振動方向依賴于起偏器。起偏器和檢偏器允許通過的光矢量的方向是起偏器的透光軸。光通過起偏器、檢偏器后的光強I和兩透光軸夾角θ的關系為
I=I0cos2θ
其中，I0為入射光強。可見若改變兩起偏器間的夾角則出射光強將發生變化。
使用VirutalLab Fusion建模仿真
圖1.在VirtualLab Fusion中搭建實驗光路
圖2.（左）兩偏振片平行
圖3.（右）兩偏振片成45°角
圖4.沿x軸一維曲線疊加（藍色為兩偏振片平行，紅色為兩偏振片45°夾角）
實驗教具中的實驗搭建
圖1.實驗光路
圖2.（左）兩偏振片平行
圖3.（右）兩偏振片成45°角
4.實驗總結
我們在VirtualLab Fusion軟件中可以很輕易地得到一些數值結果，因此很容易驗證馬呂斯定律，而在實驗中也可以通過探測器得到具體地數值結果，在本例中，我們使用接收屏也可以肉眼觀察到兩偏振片相對角度變化過程中光斑亮度的變化。
展開 VirtualLab Unity應用：VR Pancake 雙鏡系統
憑借將折疊光路的反射式光學結構與偏振光學元件（如PBS、λ/4波片）相結合的創新設計，該類鏡頭能夠在極大縮短系統光路長度的同時，實現高分辨率、低畸變的成像表現，從而顯著減小頭顯體積與重量。相比傳統菲涅爾透鏡（Fresnel Lens），Pancake 鏡頭具備更高的緊湊性、像質一致性以及邊緣清晰度優勢，但對制造精度與透光率控制要求更高。在本案例中，將通過設計一個典型的 Pancake 光學系統，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始系統生成、像質分析、評價函數定義與優化。
VirtualLab Unity應用：VR Pancake 雙鏡系統
憑借將折疊光路的反射式光學結構與偏振光學元件（如PBS、λ/4波片）相結合的創新設計，該類鏡頭能夠在極大縮短系統光路長度的同時，實現高分辨率、低畸變的成像表現，從而顯著減小頭顯體積與重量。相比傳統菲涅爾透鏡（Fresnel Lens），Pancake 鏡頭具備更高的緊湊性、像質一致性以及邊緣清晰度優勢，但對制造精度與透光率控制要求更高。在本案例中，將通過設計一個典型的 Pancake 光學系統，演示在 VLU 中的光學設計流程，包括初始系統生成、像質分析、評價函數定義與優化。
案例說明
設計結果
設計結果如下，像質，系統規格、額外系統限制以及加工要求均滿足預期設計目標。
優化后系統的3D光線追跡視圖
初始系統生成
評價函數定義
優化
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