Review of polarization concepts

Review of polarization concepts

Обзор основных понятий о поляризации света

Руководство для пользователей программой ZEMAX не предназначено для изложения теории поляризации. Эта теория обширно и основательно изложена в других изданиях (см., например, обзор в книге J. Bennet, The Handbook of Optics Volume 1, McGraw Hill, 1995). Амплитуду и состояние поляризации электрического поля принято описывать вектором Jones:

 

где Ex и Ey - комплексные величины. Направления Х и Y, в которых лежат компоненты вектора электрического поля, являются ортогональными по отношению к вектору распространения луча. На границе между двумя средами пропускание, отражение и фаза электрического поля являются различными для S и Р компонент поля. S-компонента поля - проекция электрического вектора на ось, перпендикуляр­ную к плоскости падения, а Р-компонента - проекция на ось, лежащую в плоскости падения. Плоскость падения задается вектором луча и вектором нормали к поверхности в точке пересечения луча с поверхностью. Электрическое поле затем разлагается на компоненты Es и Ер, каждая из которых является комплексной величиной.

Глава 23: ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ                                                                     23 -1

Электрическое поле после границы раздела двух сред вычисляется с учетом коэффициента пропускания для S и Р компонент (если поверхность преломляющая) или с учетом коэффициента отражения (если поверхность отражающая). ZEMAX вычисляет коэффициенты отражения и пропускания, но использует их только для моделирования распространения луча. Короче говоря, в остальной части этой дискус­сии термины пропускания и преломления будут использоваться в соответствии с рассматриваемой задачей. Если поверхность отражающая (то есть зеркальная), то коэффициент отражения будет использоваться программой автоматически. Электри­ческое поле после преломления определяется как

где коэффициенты пропускания ī s и īр - комплексные величины. Затем вычисляются проекции Es и Ер, которые "закладываются" в вектор электрического поля Jones, и луч распространяется до следующей поверхности. Вычисление коэффициентов пропускания производится в зависимости от показателя преломления среды, из которой приходит луч, показателя преломления (возможно, комплексного) и толщины каждого слоя в оптическом покрытии (если оно есть) и показателя преломления (возможно, комплексного) подложки. Такие вычисления детально описаны в книге The Handbook of Optics Volume I, McGraw Hill, 1995, и здесь они не будут повторяться.

Существуют разные способы определения параметров, используемых для описания пучков поляризованного света. Все выражения в основном зависят от угла падения, длины волны и ориентации вектора поляризации. Ниже перечислены термины, наиболее часто используемые в программе ZEMAX, и дано их описание.

Reflectance Amplitude, p

Transmittance Amplitude, т

Reflectance Intensity, R

Коэффициент отражения по интенсивности, R

Это коэффициент отражения по интенсивности, измеренный вдоль нормали к поверхности. Обозначается символом R и всегда является действительным числом, находящимся между 0 и 1. Коэффициент отражения (по интенсивности) может быть вычислен из величины амплитудного коэффициента отражения следующим образом:

Transmittance Intensity, T

Absorption Intensity, A

Diattenuation, D

Относительное ослабление. Р

Относительное ослабление используется для сравнения потерь интенсивности S-поляризованного света по отношению к Р-поляризованному свету и определяется как:

Phase,P Фаза,Р

Фаза прошедшего пучка в общем случае различна для лучей с S- и Р-поляризациями. Фаза дается выражением:

Retardance, S Запаздывание, S

Запаздывание - это разница фаз между S- и Р-поляризованными лучами, т. е.

Coating description shorthand

 Условное обозначение покрытий

Очень удобно сокращенно описывать оптические покрытия с помощью аббревиатуры А, S, Н и L для обозначения материалов покрытий и среды. Среда, из которой приходит излучение, обычно обозначается символом А для воздуха, а символ S используется для подложки; символы Н и L используются для обозначения четвертьволновых слоев с высоким (High) и низким (Low) показателем преломления. Поэтому четвертьволновое покрытие из MgF₂ на стекле может быть описано как ALS. Покрытие типа "W", которое состоит из четвертьволнового слоя материала с низким показателем преломления и полуволнового слоя материала с высоким показателем преломления, может быть описано как ALHHS. Относится ли покрытие к типу Н или к типу L - в значительной степени зависит от величины показателя преломления подложки.

Глава 23: ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ                                                                     23 -3

Review of polarization concepts