雙折射分析的案例
OAS 軟件應力雙折射案例來解決
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 [VirtualLab] 各向異性方解石晶體的雙折射效應
[VirtualLab] 各向異性方解石晶體的雙折射效應
摘要
雙折射效應是各向異性材料最重要的光學特性，并廣泛應用于多種光學器件。當入射光波撞擊各向異性材料，會以不同的偏振態分束到不同路徑，即眾所周知的尋常光束和異常光束。在本示例中，描述了如何利用VirtualLab Fusion對雙折射進行仿真，并分析入射偏振態和晶體厚度對雙折射效應的影響。
2. 系統建模
3. 單軸晶體的雙折射現象
當光束沿晶體光軸軸方向傳播 (其場向量因此在垂直于光軸的平面上)至晶體，不會發生雙折射現象，并將以單一速度通過晶體。然而，當如何光束的傳輸方向與光軸存在夾角，將會隨其進入晶體產生兩種透射模態(尋常和異常)。兩種模態在晶體中具有不同的速度，且偏振方向相互垂直。這種就是著名的雙透射或雙折射現象。
探測器上的場追跡結果。注意，為適應不同偏振方向對探測器進行了旋轉
4. 對于不同初始偏振態的雙折射
5. 不同晶體厚度的雙折射
6. 文件信息
了解更多
- Optically Anisotropic Media in VirtualLab Fusion
- Conical Refraction in Biaxial Crystals
- Polarization Conversion in Uniaxial Crystals
展開 Moldex3D模流分析之應用先進CAE工具驗證光學產品翹曲及折射率
圖三 精密射出成型之Alvarez鏡片表面變形模擬結果(左)與實際測量結果(右)比較
圖四 精密射出成型之Alvarez鏡片折射率分布模擬結果(左)與實際測量結果(右)比較
接下來將驗證自由曲面鏡片的前導波特征。首先以傳輸干涉儀系統設定，測量具有均勻折射率分布的未成型Alvarez鏡片的前導波，并將結果與名義前導波比較。同時也將鏡片浸入定折射率液體。若液體之折射率與鏡片表面折射率代表值相符合，則測量出的波前特征就代表鏡片內部的折射率變化；相對地，若控制的折射率與表面折射率代表值不相符，則測量出的導前波特征主要就是由表面屈亮度所決定。
圖五 名義上的前導波(左)與實際測量的前導波(中)，以及二者差異(右)
結果顯示波前偏差為15.89 λ，實際測量的數值則為15.8 λ。兩種局部的前導波特征之差異小于5%，差異的部分位于產品中央及角落處。由此可證，造成此差異的主要原因是精密射出成型產品的表面變形和折射率變化的綜合影響，與Moldex3D之前的的預測結果相符。
結果
透過Moldex3D的分析，可準確預測并觀察到精密射出成型之自由曲面光學產品的翹曲情形和折射率，幫助使用者更深入了解表面變形和折射率變化等潛在因素，是如何影響波前變化。Moldex3D的分析也發現，具有均勻折射率分布的未變形Alvarez鏡片，以及折射率分布不均、變形的微射出Alvarez鏡片，兩者波前特征差異，主要肇因于折射率和表面變形的雙重影響。此外并能同時獲得充填、保壓、冷卻等階段的真實三維模擬結果。更重要的是，使用Moldex3D可以大幅縮短產品研發周期，提供未來的研究許多極具價值的信息，包括應力分析、雙折射分析、集成光學產品嵌件成型，以及藉由實驗設計法(DOE) 優化射出制程、降低波前差異等等。
展開 雙折射材料溫度敏感性分析
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。
展開 
FRED應用：雙折射材料溫度敏感性分析
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。
展開 [分析示例] 使用粗粒化分子動力學進行雙折射分析
粗?；肿觿恿W和反向映射計算雙折射性質
眾所周知，高分子材料中的大變形會導致定向雙折射。先前的J-OCTA實例已經介紹了全原子分子動力學（FAMD）[1]和多尺度方法[2]。
在使用全原子MD時，存在的問題是模擬的時間尺度較短。這會導致變形速率較快，聚合物在變形響應中的松弛無法及時完成，從而導致過度定向的狀態。另一方面，粗粒化分子動力學（CGMD）可應用于較長的時間尺度，即變形速度比全原子MD要慢得多。
本文使用J-OCTA中內置的粗?；瘎輼嫿üδ?，建立聚碳酸酯（PC）的粗粒化模型。使用粗?；疢D進行單軸拉伸計算，并將其反向映射到全原子模型（圖1）。
在松弛之后，使用J-OCTA的流程函數進行了雙折射性質評估，與[1]中類似。圖2顯示了在拉伸變形下雙折射性質的變化：與FAMD相比，CGMD可以處理較慢的變形速度；當速度降低到0.1 m/s時，模擬值與文獻[3]中的實驗值接近。
圖1. （上）使用粗?；疢D計算單軸拉伸的快照
（下） 采用反向映射功能從粗?；疢D結果獲得的全原子MD分子結構
圖2. 采用全原子MD和粗粒化MD計算雙折射性質隨單軸拉伸的變化不同變形速率的結果
參考文獻
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA06/
[2] (日文版) https://www.jsol-cae.com/product/material/jocta/cases/caseA37/
[3] (日文版) J.
展開 FRED應用：雙折射材料溫度敏感性分析
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 Ansys | 雙折射是什么？
Ansys提供了一系列工具，例如Ansys Zemax OpticStudio光學系統設計與分析軟件，以及Ansys Mechanical結構有限元分析（FEA）軟件，幫助用戶了解各種光學器件和終端應用中的不同材料及其雙折射特性。這些應用還兼容MATLAB和Moldex3D等外部工具。
VR頭顯設備中的殘余應力
注塑成型VR透鏡中的應力仿真
醫療領域雙折射效應分析遇瓶頸？OAS 光學軟件開辟新徑
（Maltese測試儀的三維追跡圖）
（Maltese測試儀的探測器結果圖）
（Maltese測試儀的分析平面偏振圖）
總結
這種清晰的干涉圖樣直觀地展示了雙折射效應在特定光學系統下的表現結果，與理論預期相符，驗證了所構建光學系統以及 OAS 光學軟件仿真計算的準確性。通過對該干涉圖樣的分析，能夠深入研究雙折射樣本的光學特性，為相關科學研究與實際應用提供有力的光學分析數據支持。
【FRED】雙折射晶體偏振干涉效應
? 雙折射晶體和偏振光干涉
? 光源偏振設置
? 雙折射材料方向和其他設定
? 干涉結果和光線性質查看
? 漸變折射率(GRIN)材料
? 腳本設置漸變折射率材料
? 定性模擬結果
雙折射晶體和偏振光干涉
偏振光干涉現象在實際中有很多應用，這里要模擬的是一種典型的雙折射干涉實驗，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，所有光線的反向延長線指向一點。接下來光線經過方解石平板，厚2mm，光軸方向沿z 軸。然后光線通過偏振片，偏振片方向與光源方向垂直（xy 平面，與x 夾角-45度），偏振片是通過設置偏振鍍膜來實現的。最右邊是接收分析面，光線在這里停止，用來計算光強。
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0.5875618，o光和e光的折射率分別設為1.66 和 1.49，光軸方向設置為z軸（0，0，1）。
圖2. 雙折射材料
偏振片是通過偏振鍍膜來實現的，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)，然后默認的就是沿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Diverging beam，光源的類型選擇為六邊形平面，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)。
展開 曲面上的雙折射效應
由于雙折射效應強烈依賴于晶軸相對于入射光方向的取向，因此當涂層應用于曲面時，對此類元件的討論特別令人關注。
各向異性涂層的仿真與分析
本用例介紹了在表面上添加各向異性涂層的特性，并分別研究了λ/4涂層在平面和曲面上的偏振轉換。
各向異性方解石晶體的雙折射效應
本用例演示了利用VirtualLab Fusion模擬雙折射，并研究了輸入偏振和晶體厚度的影響。
雙折射晶體偏振干涉效應
? 雙折射晶體和偏振光干涉
? 光源偏振設置
? 雙折射材料方向和其他設定
? 干涉結果和光線性質查看
? 漸變折射率(GRIN)材料
? 腳本設置漸變折射率材料
? 定性模擬結果
雙折射晶體和偏振光干涉
偏振光干涉現象在實際中有很多應用，這里要模擬的是一種典型的雙折射干涉實驗，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，所有光線的反向延長線指向一點。接下來光線經過方解石平板，厚2mm，光軸方向沿z 軸。然后光線通過偏振片，偏振片方向與光源方向垂直（xy 平面，與x 夾角-45度），偏振片是通過設置偏振鍍膜來實現的。最右邊是接收分析面，光線在這里停止，用來計算光強。
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0.5875618，o光和e光的折射率分別設為1.66 和 1.49，光軸方向設置為z軸（0，0，1）。
圖2. 雙折射材料
偏振片是通過偏振鍍膜來實現的，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)，然后默認的就是沿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Diverging beam，光源的類型選擇為六邊形平面，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)。
展開 雙折射晶體偏振干涉效應
? 雙折射晶體和偏振光干涉
? 光源偏振設置
? 雙折射材料方向和其他設定
? 干涉結果和光線性質查看
? 漸變折射率(GRIN)材料
? 腳本設置漸變折射率材料
? 定性模擬結果
雙折射晶體和偏振光干涉
偏振光干涉現象在實際中有很多應用，這里要模擬的是一種典型的雙折射干涉實驗，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，所有光線的反向延長線指向一點。接下來光線經過方解石平板，厚2mm，光軸方向沿z 軸。然后光線通過偏振片，偏振片方向與光源方向垂直（xy 平面，與x 夾角-45度），偏振片是通過設置偏振鍍膜來實現的。最右邊是接收分析面，光線在這里停止，用來計算光強。
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0.5875618，o光和e光的折射率分別設為1.66 和 1.49，光軸方向設置為z軸（0，0，1）。
圖2. 雙折射材料
偏振片是通過偏振鍍膜來實現的，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)，然后默認的就是沿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Diverging beam，光源的類型選擇為六邊形平面，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)。
展開 VirtualLab：曲面上的雙折射效應
由于雙折射效應強烈依賴于晶軸相對于入射光方向的取向，因此當涂層應用于曲面時，對此類元件的討論特別令人關注。
各向異性涂層的仿真與分析
本用例介紹了在表面上添加各向異性涂層的特性，并分別研究了λ/4涂層在平面和曲面上的偏振轉換。
各向異性方解石晶體的雙折射效應
本用例演示了利用VirtualLab Fusion模擬雙折射，并研究了輸入偏振和晶體厚度的影響。
[FRED] 雙折射晶體偏振干涉效應
</p><p>? 雙折射晶體和偏振光干涉</p><p>? 光源偏振設置</p><p>? 雙折射材料方向和其他設定</p><p>? 干涉結果和光線性質查看</p><p>? 漸變折射率(GRIN)材料</p><p>? 腳本設置漸變折射率材料</p><p>? 定性模擬結果</p><p>雙折射晶體和偏振光干涉</p><p>偏振光干涉現象在實際中有很多應用，這里要模擬的是一種典型的雙折射干涉實驗，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，所有光線的反向延長線指向一點。接下來光線經過方解石平板，厚2mm，光軸方向沿z 軸。然后光線通過偏振片，偏振片方向與光源方向垂直（xy 平面，與x 夾角-45度），偏振片是通過設置偏振鍍膜來實現的。最右邊是接收分析面，光線在這里停止，用來計算光強。</p><p class="ql-align-center"><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://q4.itc.cn/images01/20260227/516d3ec1e8bb49d9b5b894255f0f47d6.png"></p><p>圖1. 系統設置</p><p>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0.5875618，o光和e光的折射率分別設為1.66 和 1.49，光軸方向設置為z軸（0，0，1）。
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