雙折射材料建模
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
雙折射材料建模的實例教程
本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
雙折射簡介：
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內 ；
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內；
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時，不產生雙折射現象，對于單軸晶體，則o,e光的傳播方向相同，且其傳播速度也相同。
步驟1：創建雙折射材料KDP（磷酸二氫鉀晶體），命名為KDP Baseline。在樹形文件夾中選擇Materials>Create a New Material>Sampled Birefringent and/or Optically Active Material，按照如圖所示的數據輸入如下數值（KDP材料的創建方法請見本文后的備注）。
注意：axis選項為軸向方向，在OXY平面為45°角。
步驟2：復制KDP BaseLine到Materials樹形文件夾下，具體操作為鼠標左鍵選中KDPBaseline，右鍵選擇Copy，并在Materilas 下選擇paste，并命名為KDP。
步驟3：創建一個折射率隨溫度變化20k后的折射率變化模型，我們利用FRED軟件自帶的VB腳本實現此功能。在樹形文件夾選擇Embedded Scripts，右鍵選擇Create a New Embedded Scrips，注意刪除腳本編輯器里面的所有內容，然后粘貼如下的程序到此編輯器中。
步驟4：在腳本編輯器中按下Ctrl +B運行腳本，最后我們觀測KDP材料的折射率變化。
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雙折射簡介：
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內 ；
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內；
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時，不產生雙折射現象，對于單軸晶體，則o,e光的傳播方向相同，且其傳播速度也相同。
步驟1：創建雙折射材料KDP（磷酸二氫鉀晶體），命名為KDP Baseline。在樹形文件夾中選擇Materials>Create a New Material>Sampled Birefringent and/or Optically Active Material，按照如圖所示的數據輸入如下數值（KDP材料的創建方法請見本文后的備注）。
注意：axis選項為軸向方向，在OXY平面為45°角。
步驟2：復制KDP BaseLine到Materials樹形文件夾下，具體操作為鼠標左鍵選中KDPBaseline，右鍵選擇Copy，并在Materilas 下選擇paste，并命名為KDP。
步驟3：創建一個折射率隨溫度變化20k后的折射率變化模型，我們利用FRED軟件自帶的VB腳本實現此功能。在樹形文件夾選擇Embedded Scripts，右鍵選擇Create a New Embedded Scrips，注意刪除腳本編輯器里面的所有內容，然后粘貼如下的程序到此編輯器中。
步驟4：在腳本編輯器中按下Ctrl +B運行腳本，最后我們觀測KDP材料的折射率變化。
展開 雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
雙折射簡介：
目前，FRED溫度敏感性的評價可使用腳本語言實現。本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
摘要：
步驟1：創建雙折射材料KDP（磷酸二氫鉀晶體），命名為KDP Baseline。在樹形文件夾中選擇Materials>Create a New Material>Sampled Birefringent and/or Optically Active Material，按照如圖所示的數據輸入如下數值（KDP材料的創建方法請見本文后的備注）。
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時，不產生雙折射現象，對于單軸晶體，則o,e光的傳播方向相同，且其傳播速度也相同。
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內；
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內 ；
步驟2：復制KDP BaseLine到Materials樹形文件夾下，具體操作為鼠標左鍵選中KDPBaseline，右鍵選擇Copy，并在Materilas 下選擇paste，并命名為KDP。
展開 應力雙折射案例分析
簡介
應力是物體內部力的分布狀態，反映了物體材料中相鄰部分之間的相互作用力。對于透明各向同性光學元件而言，在應力作用下會表現出暫時的雙折射特性，這種特性使得光線在元件內部傳播時，會分解為兩束具有不同傳播速度和偏振態的光線。而當應力釋放后，光學元件又會恢復為各向同性狀態。在復雜光學系統中，大量應力的存在會顯著影響光學性能，將應力雙折射納入偏振光線追跡過程，對于準確模擬其對圖像形成、條紋可見性以及其他關鍵光學度量的影響具有重要意義。
實驗設置與操作
光源設置
本案例采用 OAS 光學軟件進行模擬分析，光源設定為線偏左旋 45° 的平行光源，該光源特性為后續的偏振態分析提供了明確的初始條件。
模型構建
在光學系統構建方面，著重在面 1 與面 2 之間賦予應力雙折射材料，通過精確設定材料的應力參數與雙折射屬性，構建出能夠反映實際應力雙折射效應的光學模型。該模型的建立基于對材料物理特性的深入研究，確保了模擬結果的真實性與可靠性。
光線追跡與數據獲取
針對設定的光學系統進行光線傳播路徑的計算。光線從線偏左旋 45° 的平行光源出發，進入含有應力雙折射材料的區域后，受應力雙折射效應影響，其偏振態與傳播特性發生改變。軟件通過精確的算法對光線在各個光學表面的反射、折射以及偏振態轉換進行計算，完整記錄光線在整個光學系統中的傳播軌跡與偏振態變化數據，為后續的分析提供詳實的數據基礎。
展開 雙折射輸入/雙折射輸出
雙折射材料的運作方式與 OpticStudio 內部的瓊斯矩陣或鍍膜不同。要在序列模式下定義雙折射組件，用戶必須在鏡頭數據編輯器中定義兩個表面，一個雙折射輸入表面和一個雙折射輸出表面。在由這些表面界定的物理空間內，OpticStudio 需要兩種材料，一種用于模擬常規折射率，另一種用于模擬雙折射介質的非常規折射率。為此，OpticStudio 使用為雙折射輸入表面定義的材料指數作為常規指數。然后將“-E”附加到材料名稱并在當前加載的材料目錄中搜索該名稱；具有該名稱的材料用于非常規折射率。
通過這種定義雙折射介質的方法，與瓊斯矩陣表面相比，雙折射輸入/輸出表面允許用戶計算菲涅耳系數和吸收，以提供更準確的強度傳輸計算。也就是說，用戶可以有選擇地獨立跟蹤普通光束或異常光束，或者跟蹤一個同時考慮由于另一個引起的相位旋轉。這是由模式標志控制的，它允許用戶在如何根據給定系統的普通光束和非常光束之間的角度偏差對雙折射效應進行建模方面具有更大的靈活性。
雙折射輸入/輸出表面在模擬雙折射方面的唯一局限是它們不考慮光線分裂的影響。為了考慮光線分裂，系統應該轉換為非序列模式。
偏振表面相關應用
本節介紹如何在 OpticStudio 中定義雙折射延遲器和光隔離器的簡要示例。
實用延遲器
光學延遲器（或波片）是有意將入射光的偏振從一種狀態改變為另一種狀態的光學組件。此示例描述了如何構建具有λ/4相變的有效零級延遲器，也稱為四分之一波片，它將線偏振光轉換為圓偏振光。它利用雙折射材料石英和HeNe激光器 (632.8 nm)。
通常，波片的延遲由下式給出：
其中，Δn是普通模式和非常模式之間的折射率差，λ是光的波長，d是晶體的長度，Γ是以弧度為單位的延遲。
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雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
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摘要：
應力雙折射案例分析
簡介
應力是物體內部力的分布狀態，反映了物體材料中相鄰部分之間的相互作用力。對于透明各向同性光學元件而言，在應力作用下會表現出暫時的雙折射特性，這種特性使得光線在元件內部傳播時，會分解為兩束具有不同傳播速度和偏振態的光線。而當應力釋放后，光學元件又會恢復為各向同性狀態。在復雜光學系統中，大量應力的存在會顯著影響光學性能，將應力雙折射納入偏振光線追跡過程，
摘要：
目前，FRED溫度敏感性的評價可使用腳本語言實現。本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
雙折射簡介：
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內 ；
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內；
光軸—晶體中存在的一個特殊方向，光在晶體中沿此方向行進時
摘要：
目前，FRED溫度敏感性的評價可使用腳本語言實現。本文演示了一個雙折射材料的折射率隨溫度變化而變化腳本。
雙折射簡介：
雙折射（birefringence）是指一條入射光線產生兩條折射光線的現象。
尋常光線（o光線）——遵守折射定律，且在入射面內 ；
非常光線（e光線）——不遵守折射定律，一般不在入射面內；
該計算未考慮沿z的電場分量矩陣的影響、將光束分裂為普通分量和異常分量（如果對雙折射材料進行建模）以及菲涅耳系數。
描述延遲器的瓊斯矩陣不應與傾斜入射角一起使用。要準確計算離軸相對相位變化，應使用雙折射輸入和雙折射輸出表面。
描述偏振的瓊斯矩陣可以提供一個不錯的離軸近似值。該表面將允許電場在z方向上傳輸，并表現出它們在X和Y電場分量的軸上的表現。
該計算未考慮沿z的電場分量矩陣的影響、將光束分裂為普通分量和異常分量（如果對雙折射材料進行建模）以及菲涅耳系數。
描述延遲器的瓊斯矩陣不應與傾斜入射角一起使用。要準確計算離軸相對相位變化，應使用雙折射輸入和雙折射輸出表面。
描述偏振的瓊斯矩陣可以提供一個不錯的離軸近似值。該表面將允許電場在z方向上傳輸，并表現出它們在X和Y電場分量的軸上的表現。
