OpticStudio有多種分析模擬偏振光學器件的功能。這篇文章介紹了每種功能在建模時的特點和合適的使用環境。

產生偏振光源

所有OpticStudio中的偏振分析都需要定義輸入光的偏振態，通常情況下這些分析使用瓊斯向量 (Jx, Jy) 來表示X和Y方向上不同起始相位的偏振分量。在OpticStudio中有兩種輸入光偏振態的方法。種是在每個獨立的分析功能中設置明確的輸入偏振態（Jx, Jy, X/Y起始相位），例如偏振光線追跡 (Polarization Ray Trace) 和偏振光瞳圖 (Polarization Pupil Map)。

第二種方法是在系統選項 (System Explorer) > 偏振 （Polarization） 標簽下進行定義。這里定義的偏振態將應用于所有包含并勾選了“使用偏振 (Use Polarization) ”選項的分析和計算中。

系統選項對偏振態的定義方法需要將輸入的二維瓊斯矩陣轉換為三維的電場向量 (Ex, Ey, Ez)。如果我們將Jx考慮為電場在S偏振方向的分量，將Jy考慮為電場在P偏振方向的分量，則在沒有入射平面的情況下這種定于會變的很模糊。

這表示，如果要定義光線從光源發射沿方向向量K在自由空間中傳播時的P和S分量，則需要先定義一個參考基準。在OpticStudio中，您可以使用如下參考：

X軸參考：向量P由K叉乘X決定，向量S由P叉乘K決定（默認選項）

Y軸參考：向量S由Y叉乘K決定，向量P由K叉乘S決定

Z軸參考：向量S由K叉乘Z決定，向量P由K叉乘S決定

需要注意的是：向量S，P和K（傳播方向）是相互正交的，如下圖所示，它們分別用紅色、藍色和綠色箭頭表示：

這種方法可以為您在定義輸入偏振態時提供更多選擇。默認的入射平面與Z軸垂直，所以傳統的S和P的定義方法限制用戶無法定義Z軸參考的偏振態。

偏振光瞳圖

偏振光瞳圖功能是OpticStudio中實用的一種快速查看光學元件表面偏振態的方法。但需要注意的是，該分析結果和實際情況確實存在細微的偏差，因此在使用該分析結果時請格外注意。

通常情況下，OpticStudio中的計算與時間無關（例如在穩態系統中的一個瞬間）。然而，在偏振光瞳圖并不是這樣的，它會在笛卡爾坐標圖中顯示出特定表面處的電場向量 (Ex, Ey) 的端點在一個時間周期內的軌跡。這是由于相位不同造成了偏振橢圓方向不同。對于大多數計算，OpticStudio分析偏振橢圓時是沿時間軸的正向還是反向并不重要，這是因為我們假設系統為穩態系統。在默認設置下，分析計算都是沿時間軸正向的（光線即將入射到特定表面的時候）。

此外，在您定義Jx和Jy的初始相位偏移時，在X-面 (X-Phase) 或Y-面 (Y-Phase) 中輸入的正值都會使Jx相對Jy延后。例如，定義X-面為90°且Y-面為0°，這會導致Ex電場分量相對Ey電場分量咽喉90°，如下圖所示：

假設 (Jx, Jy) = (0.707, 0.707)，則偏振橢圓為順時針的圓環，我們可以在偏振光瞳圖中查看這一結果，如下圖所示：