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ZEMAX光学设计实例（141）---在序列模式下仿真双折射

2021-12-20 10:33| 发布者：Davis| 查看：1430| 评论：0|原作者: 小小光08

摘要：本文介绍了使用ZEMAX进行双折射偏振器件仿真的方法，详细讲解了在序列模式下如何设置双折射入/出面，如何选择晶轴方向以及材料等参数。同时，还介绍了在不同模式下追迹寻常光和非寻常光对能量舍弃的影响，并介绍了多重组态镜头的创建方法。

引言：

在序列模式下，使用birefringent in/out来仿真双折射偏振器件。

因为双折射既影响折射入介质又影响折射出介质，模拟一个双折射器件要求“双折射入( birefringent in)”面和“双折射出( birefringentout)”面配对使用。

每个“入（in)”面必须紧跟着一个“出（out)面。如果违反了该规则,ZEMAⅩ将发出错误提示并停止追迹光线。唯一的例外是在“入(in)”和“出(out)”面之间可以放置任意个的坐标断点面(面倾斜和偏心)。

双折射入/出的面可以是平面，球面，二次非球面或者柱面。

ZEMAX中的大多数计算，例如EFL、EPD、F/#等，使用的是寻常折射率。非寻常折射率只用作追迹非寻常光线。

指令( Prescription)报告里列出双折射晶体的寻常和非寻常折射率，如下图：

对于单轴晶体，在材料中晶轴方向是不变的。其方向可以用参数2、3和4对应的晶轴的x、y和z方向的余弦来定义。例如，为了定义沿着ⅹ轴的晶轴，向量值是(1,0,0)。对于沿着面顶点方向的晶轴且沿着z轴，向量为(0,0,1)。

注意：坐标位于面上并且ZEMAX会自动地转化为单位向量分量

设计仿真：

在系统通用对话框中设置孔径。在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”，并根据设计要求输入“20.0”；

在视场设定对话框中设置1个视场，Field Type为“angle”，如下图：

在波长设定对话框中，选择F,d,C（visible）自动加入三个波长，如下图：

LDE的结构参数，如下图：

材料选用方解石（CALCITE）。

第2面BirefringentIn设置中，Draw Axis用来定义晶轴的长度（透镜单位），填入“0”不画出晶轴；

参数Mode，填入“0”或“2”，ZEMAX将追迹寻常光（o光），填入“1”或“3”，ZEMAX将追迹非寻常光（e光）。

如果模式是0或1，只有寻常或非寻常光分别被追迹。在一部分未被追迹光线中的能量被舍弃。使用模式0或1将不会模拟偏振旋转。对于传播计算，两种光线都要单独追迹并且要计算全部的能量。使用模式0或1计算相位旋转的影响比较困难。

如果模式标志是2，那么就追迹寻常光线，但会考虑由非寻常光线引起的相位旋转。

如果模式是3，会追迹非寻常光线，并且会考虑由寻常光线引起的相位旋转。

对于模式2和3，不会舍弃能量，并且光线的偏振会被双折射介质适当地旋转。

X-Cosine、Y-Cosine、Z-Cosine分别为X、Y、Z方向的余弦值。

Parax Ignore：近轴忽略，如果填入“1”，则近轴光线忽略非寻常光折射率。

Shape：形状，如果填入“1”，那附加参数用来定义面形。

Gradient Mode：如果填入“0”，则有参数2、3、4来定义。如果填入“1-7”，则附加参数来定义不同的梯度模型。

查看Mode为0时的3D Layout，如下图：

查看Mode为1时的3D Layout，如下图：

ZEMAX不能同时追迹两条光线，但是可以容易地创建一个多重组态镜头，只要将组态1中的模式设为0，组态2中的设为1，这就可以检查两条可能的光路并同时进行优化和输出追迹的光线。

打开MCE，设置如下：

再次查看3D Layout，如下图：

此时，寻常光和非寻常光就可以同时追迹了。