概述

這篇文章介紹了什么是雙折射現(xiàn)象、如何在OpticStudio中模擬雙折射 (birefringence)、如何模擬雙晶體的雙折射偏振器以及如何計(jì)算偏振器的消光比。本文的示例文件請(qǐng)從以下鏈接下載：

https://customers.zemax.com/support/knowledgebase/Knowledgebase-Attachments/How-To-Design-Birefringent-Polarizers/designing.aspx

什么是雙折射現(xiàn)象

一般的光學(xué)材料都是均勻的各向同性的，也就是說無論光從哪個(gè)方向穿過材料，其折射率都保持一致。對(duì)于單軸材料來說，例如方解石 (Calcite)，其晶軸定義了材料的對(duì)稱軸。這類材料對(duì)光線的偏折能力隨入射光的偏振態(tài)及入射光與晶軸的夾角不同而不同。因此對(duì)于任意一束光，兩個(gè)正交的偏振態(tài)下可能存在不同的折射角。這種現(xiàn)象稱為光的雙折射。

光線在雙折射材料中的折射總是遵循斯涅耳定律 (Snell`s Law) 的，但是材料中的有效折射率與入射光的偏振態(tài)和入射方向與晶軸夾角相關(guān)。其中“尋常光 (Ordinary)”的折射角由下式定義：

其中no為尋常光的折射率，這是斯涅耳定律的一般形式�！胺菍こ９� (Extraordinary)”的折射角由下式定義：

該式同樣遵循斯涅耳定律，但是此時(shí)的折射率是角度θw的函數(shù)，該角度表示晶軸向量a和折射光波矢k的夾角。

光線向量S指向能量傳播方向。在普通材料中，光線向量S與波矢k為同一向量，此時(shí)我們使用k表示。但在雙折射材料中，光線向量S與波矢k的方向存在較小的夾角，因此需要單獨(dú)考慮。其中向量S和k與晶軸向量a共面且滿足：

非尋常光的有效折射率由下式定義：

其中ne為非尋常折射率。