对受抑全内反射进行建模(Modeling Frustrated Total Internal Reflection)

当光线传播通过玻璃到达界面时角度大于临界角,将发生受抑全内反射(FTIR)。如果将其它电介质(如另一块玻璃)放置得很近,但没有接触到界面,则一些光会穿过细缝传播,即使边界的折射不满足斯涅尔定律。反射光束和透射光束均会受到影响,这取决于缝隙的厚度。如果将缝隙厚度限制为零,则光就像没有边界一样会继续通过。如果将缝隙厚度限制为很大,超过零点几个波长,则几乎所有的光线都会被完全反射。

尽管这似乎是一种特殊情况,但已经将非常常规的模型整合到OpticStudio的偏振程序中,以便像对任何其它膜层问题一样去处理FTIR。关键是要定义膜层以反映这种情况。一种默认的膜层是GAP,将其定义为0.1波长的AIR,且折射率为1。使用Y-正切为1.0的倾斜面,并将膜层GAP放置在边界上可以得到以下系统,且该系统具有正确建模的偏振特性。注意,可以通过编辑本参考文件中"在OpticStudio中定义膜层(Defining coatings in OpticStudio)"部分提到的膜层文件来更改空气间隙。

将GAP膜层放置到位后,OpticStudio就可以计算出透射或反射偏振特性。

以下视图是透射中的FTIR分束器的一个例子。  两块玻璃块之间的倾斜面具有GAP膜层。



下图显示了透射FTIR分束器的透射和角度关系。



但是,用于其它目的(如计算系统透射、光扇图和优化)的光线追迹只能沿着透射路径继续传播。要对反射路径进行建模的话,需要将内部倾斜面的玻璃类型设置为"MIRROR",且在倾斜面后面添加90度坐标断点面,并像往常一样更改剩余厚度的符号。

这种情况下的膜层现在需要被修改,以表示第二个介电块的存在,即使在透射路径上没有光线追迹;只存在反射路径。需要在膜层文件中定义一种新的膜层(在本例中称为FTIR),它看起来是这样的:

 
COAT FTIR
AIR .1
N15 1
 

当把"膜层(coating)"应用到镜面之后,会将镜面看作气隙,后面是一块玻璃。请注意,可以通过在膜层文件中定义玻璃来对基底玻璃的折射率和色散进行详细建模;为简单起见,在这里使用N15表示。用于定义基底的最后材料N15的厚度无关紧要,因为在将基底应用到MIRROR时,OpticStudio始终假设它的另一半无限厚。由此产生的镜头图和反射图如图所示。对于任一系统模型,反射图和透射图完全相同。

最后注意到,也可以通过增加间隙厚度来对常规TIR进行建模。实质上,远远大于零点几个波长的距离相当于无限间隙。但是,在膜层文件中不能为倏逝波传播定义非常大的厚度,这是因为由于透射非常低而可能会产生"低于下限(underflow)"数值误差。一个波或者光学厚度为1通常已经足够。

以下视图是反射FTIR分束器的一个例子。  倾斜的"镜(mirror)"面具有FTIR膜层。



下图显示了反射FTIR分束器的反射和角度。



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