 |
تغییر فاز آکروماتیک لایه نازک کل بازتاب داخلی (TIRTF APS)
معرفی
توانایی تغییر قطبش نور برای طیف گسترده ای از دستگاه های نوری بسیار مهم است. به عنوان مثال، قطبش نور تأثیر قابل توجهی بر عملکرد جداکننده های نوری، تضعیف کننده ها و تقسیم کننده های پرتو دارد. با اختصاص یک قطبش خاص به نور، به ویژه قطبش خطی یا دایره ای، می توان به طور قابل توجهی تابش خیره کننده را در سیستم های نوری کاهش داد. نور پلاریزه خطی و دایره ای به طور گسترده در کاربردهای اندازه شناسی، مانند آنالیز تنش و تشخیص بیولوژیکی، و در کاربردهای تصویربرداری مانند طراحی دوربین و تجهیزات ویدئویی استفاده می شود.
یکی از اساسی‌ترین روش‌های دستکاری پلاریزاسیون، تأخیر موج است، که در آن یکی از اجزای میدان الکتریکی نسبت به مؤلفه میدان الکتریکی متعامد در یک پرتو انتشار نور، نسبت به مؤلفه میدان الکتریکی متعامد، تحت تأخیر فاز قرار می‌گیرد.
جالب توجه خاص یک کندگیر موج چهارم است که یک تاخیر فاز 90 درجه را بین دو جزء متعامد میدان الکتریکی تحمیل می کند. از کندکننده های موج چهارم می توان برای تبدیل نور پلاریزه خطی به نور پلاریزه دایره ای یا بیضی استفاده کرد. برای مثال، با ترکیب کندکننده‌های موج چهارم و پلاریزه‌کننده‌های خطی، می‌توان یک جداکننده نوری طراحی کرد که تابش ورودی را منتقل می‌کند اما از بازگشت تابش پراکنده یا بازتابیده به منبع جلوگیری می‌کند.
در این آموزش، از پدیده بازتاب داخلی کل برای طراحی و مدل‌سازی یک شیفتر فاز آکروماتیک یا یک کندکننده موج استفاده می‌شود که تاخیر فاز تقریباً یکنواخت را در یک محدوده طیفی وسیع نشان می‌دهد. اهمیت لایه های دی الکتریک نازک در دستیابی به چنین تاخیر موج یکنواختی مورد بحث قرار گرفته است.
پس زمینه مدل
دو نوع کندکننده موج چهارم در این بخش مورد بحث قرار می‌گیرند: صفحات موج دوشکاف و منشورهایی که از بازتاب داخلی کل بهره می‌برند. مورد دوم موضوع این آموزش است.
صفحات موج دوشکست
یک صفحه موج معمولی یک کریستال دوشکست است که با اجازه دادن به این اجزاء برای انتشار با سرعت های کمی متفاوت باعث تاخیر فاز بین دو جزء متعامد میدان الکتریکی پرتوی در حال انتشار می شود. به طور معمول، یک صفحه موج از یک ماده تک محوری ساخته شده است که تاخیر فاز نسبی δ (واحد SI: راد) را بین دو جزء میدان متعامد ارائه شده توسط
(1)
که در آن λ 0 (واحد SI: m) طول موج فضای آزاد تابش، L ضخامت صفحه موج، و Δn تفاوت در ضریب شکست بین محور معمولی و محور فوق‌العاده کریستال است. از آنجایی که نور پلاریزه خطی در جهت محورهای معمولی یا غیرعادی یک کریستال دوشکست با سرعت های گروهی متفاوت منتشر می شود، نور قطبی شده خطی در زاویه 45 درجه نسبت به این دو محور، تاخیر تدریجی یک جزء را نسبت به مولفه متعامد نشان می دهد. ، در نهایت نور پلاریزه خطی را به نور قطبی شده دایره ای تبدیل می کند. این پدیده در شکل 1 در زیر نشان داده شده است.
شکل 1: تکامل دامنه میدان الکتریکی آنی در یک صفحه موج. یک محیط دوشکست بین دو سطح وجود دارد که محورهای معمولی و غیرعادی موازی با محورهای x و y هستند. همانطور که پرتو قطبی شده خطی در جهت z منتشر می شود، به تدریج به صورت دایره ای قطبی می شود.
یک نقص اساسی صفحات موج دوشکستگی این است که ذاتاً وابسته به طول موج هستند. همانطور که در رابطه 1 نشان داده شده است ، تغییر فاز با طول موج خلاء نسبت معکوس دارد. معمولاً کندکننده‌هایی که تاخیرهای فاز 90 یا 180 درجه را معرفی می‌کنند مفیدترین هستند و با استفاده از صفحه موج فقط می‌توان تاخیر فاز مورد نظر را برای طول موج‌های خاص به دست آورد.
یک جایگزین، که در این مثال مورد بررسی قرار گرفته است، استفاده از پدیده بازتاب داخلی کل برای طراحی یک کندکننده موج چهارم است که آکروماتیک است. یعنی یک کندکننده موج چهارم که تاخیر فاز تقریبا ثابتی را در طیفی از طول موج های خلاء ایجاد می کند.
بازتاب و شکست نور در ناپیوستگی های مادی
برای تعیین کمیت تاخیرهای فازی که توسط بازتاب‌های داخلی کل در یک منشور شیشه‌ای ایجاد می‌شود، به درک اولیه از اصول بازتاب و شکست نور نیاز است. موارد زیر با جزئیات بیشتر در Ref. 1 و در راهنمای کاربر ماژول Ray Optics .
هنگامی که یک پرتو نور به مرز بین دو محیط دی الکتریک می رسد، یک پرتو شکست در جهتی که توسط قانون اسنل تعیین می شود منتشر می شود.
(2)
جایی که
• | n 1 (بدون بعد) ضریب شکست محیط حاوی پرتو فرودی است. |
• | n 2 (بدون بعد) ضریب شکست محیط حاوی پرتو شکست است، |
• | θ i (واحد SI: راد) زاویه تابش است و |
• | θ t (واحد SI: راد) زاویه شکست است. |
از طرف دیگر، قانون اسنل ممکن است به صورت نوشته شود
(3)
که نشان می دهد که کسینوس جهت پرتو شکست یا یک عدد واقعی خالص است یا یک عدد موهومی خالص وقتی ضریب شکست واقعی باشد.
علاوه بر پرتوی شکستی که در بالا توضیح داده شد، یک پرتو بازتابیده با زاویه بازتابی برابر با زاویه تابش آزاد می شود. پرتو فرودی، اشعه بازتابیده، پرتو شکست و نرمال سطح همگی در یک صفحه قرار دارند که به آن صفحه تابش می گویند. این زوایا در زیر نشان داده شده است.
شکل 2: پرتوهای تابیده، بازتابیده و شکسته در سطح مشترک بین دو ماده با ضریب شکست متفاوت.
دامنه میدان الکتریکی پرتوهای بازتابی و انکساری به دامنه پرتو فرودی توسط معادلات فرنل مرتبط است:
(4)
(5)
جایی که
• | زیرنویس p (برای “موازی”) مؤلفه میدان الکتریکی موازی با صفحه تابش را نشان می دهد. |
• | زیرنویس s (از آلمانی “senkrecht” یا “عمود”) نشان دهنده مولفه میدان الکتریکی عمود بر صفحه تابش است، |
• | بالانویس (i) نشان دهنده پرتو فرودی است، |
• | بالانویس (r) نشان دهنده پرتو بازتاب شده است، و |
• | بالانویس (t) نشان دهنده پرتوی شکست شده است. |
متغیرهای r و t به ترتیب ضریب بازتاب و ضریب انتقال نامیده می شوند. برای مثال، معادله 4 ضریب انعکاس تابش پلاریزه p یا تابش قطبی شده را به دست می دهد به طوری که بردار میدان الکتریکی در صفحه تابش قرار می گیرد.
نسبت شدت پرتوهای ارسالی و بازتابی به شدت پرتو فرودی را به ترتیب گذر T و بازتاب R می نامند که توسط
(6)
(7)
با جایگزینی تعاریف ضرایب فرنل برای تشعشعات پلاریزه s یا p به معادله 6 و معادله 7 ، R + T = 1 به دست می آید .
اگر پرتو از یک محیط با ضریب شکست بالاتر به یک محیط با ضریب شکست پایین تر، یعنی n 2 < n 1 منتشر شود، در این صورت یک مقدار حداکثر زاویه تابش وجود دارد، که فراتر از آن، مقدار واقعی زاویه وجود ندارد. انکسار وجود دارد این زاویه بحرانی θ c است که توسط
(8)
که همچنین زاویه ای است که رادیکاند در معادله 3 برابر با صفر است. هنگامی که زاویه تابش بزرگتر از زاویه بحرانی است، یعنی θi > θc ، پرتو کاملاً منعکس می شود و هیچ پرتوی شکستی نمی تواند در حوزه مجاور منتشر شود . این پدیده را بازتاب داخلی کل می نامند. از آنجایی که θi > θc ، از رابطه 3 نتیجه می گیرد که cos θ t دارای یک مقدار در محور کاملاً فرضی در صفحه مختلط است . انتخاب اینکه آیا از مقدار فرضی مثبت یا منفی برای cos θ t استفاده شود بستگی به قرارداد علامت مورد استفاده برای نوشتن معادله امواج الکترومغناطیسی دارد. قرارداد استفاده شده در محصولات اپتیک COMSOL مستلزم cos θ t یک عدد خیالی منفی است،
(9)
جایگزینی معادله 9 به معادله 5 نتیجه می دهد
بگذارید n = n 2 / n 1 ; سپس ساده سازی بیشتر نتیجه می دهد
(10)
هر دو r p و r s اعداد مختلط به شکل A ( A ∗ ) −1 هستند ، که در آن A صورت‌دهنده است. هر عددی را می توان بر حسب مختصات قطبی در صفحه مختلط بیان کرد،
جایی که فازها هستند
(11)
به طوری که ضرایب انعکاس به شکلی باشد
(12)
که تایید می کند که هر دو ضریب بازتاب دارای قدر واحد در طول TIR هستند.
فرض کنید δ p و δ s به ترتیب آرگومان های کمیت های با ارزش مختلط r p و r s باشند .
(13)
با مقایسه رابطه 12 با معادله 13 و جایگزینی عبارات موجود در معادله 11 به دست می آید .
(14)
تاخیر فاز معرفی شده توسط بازتاب داخلی کل، تفاوت بین دو آرگومان است.
با استفاده از هویت تفاوت
و جایگزینی معادله 14 و بیانی برای تاخیر فاز،
(15)
معادله 15 بیانی برای تاخیر فاز است که به طول موج خلاء بستگی ندارد و بنابراین می توان آن را یک تغییر دهنده فاز آکروماتیک در نظر گرفت. با این حال، هنگام استفاده از بازتاب داخلی کل برای ایجاد یک تغییر فاز 90 درجه، چندین پیچیدگی فنی ایجاد می شود:
• | اغلب مواد نوری معمولی دارای ضریب شکست به اندازه کافی بزرگ نیستند که با یک بازتاب یک تغییر فاز 90 درجه ایجاد کنند. به عنوان مثال، اگر ناحیه اطراف منشور یک حوزه هوا یا خلاء باشد ( n2 = 1 ) ، آنگاه کوچکترین مقدار واقعی ضریب شکست تقریباً n1 = 2.414 برای زاویه تابش حدود θi = 32.9 درجه است. اگر زاویه تابش 45 درجه یا بیشتر باشد، هیچ مقدار واقعی محدود n 2 وجود ندارد.یک تاخیر فاز 90 درجه ایجاد می کند. بنابراین، بیشتر طرح‌های عملی نیاز به بازتاب نور حداقل دو بار، با تاخیر فاز کمتر (مثلاً 45 درجه) در طول هر بازتاب دارند. برای مثال، لوزی فرنل، نور را به دو بازتاب داخلی مجموع متوالی سوژه می‌کند تا یک تاخیر فاز کلی 90 درجه ایجاد کند. |
• | معادله 15 به دلیل وابستگی آن به نسبت ضریب شکست n ، همچنان می تواند به طور غیرمستقیم به طول موج خلاء وابسته باشد . اکثر رسانه های واقعی تا حدی پراکنده هستند. یعنی ضریب شکست تابعی از طول موج خلاء است. |
• | معادله 15 به شدت به زاویه تابش θi وابسته است و بنابراین اگر پرتو فرودی با هم هماهنگ نباشد، تأخیرهای فاز متفاوتی را به همراه خواهد داشت . یعنی اگر همه پرتوهای ورودی دقیقاً در زاویه تابش مشخص شده به سطح نرسند. |
در این آموزش محیط پراکنده و وابستگی به زاویه تابش در نظر گرفته نشده است. با این حال، نشان داده خواهد شد که با پوشش دادن سطح منشور با لایه‌های دی الکتریک نازک، می‌توان به تاخیر فاز بیشتری در طی یک بازتاب داخلی کلی دست یافت.
فیلم های دی الکتریک نازک
رابط بین دو رسانه را می توان با یک یا چند فیلم دی الکتریک نازک پوشاند تا ضرایب بازتاب و انتقال را تغییر دهد. معمولاً منظور از “نازک” این است که ضخامت لایه با طول موج تابش قابل مقایسه است، اما برای تجزیه و تحلیل زیر تنها شرط این است که ضخامت لایه بسیار کوچکتر از طول پیوستگی تابش باشد. هنگامی که پرتو فرودی وارد یک فیلم دی الکتریک نازک می شود، در دو سطح مجاور به عقب و جلو بازتاب می شود و در هر ناحیه پرتوهای شکسته زیادی تولید می کند.
شکل 3: تجسم پرتوهای منعکس شده و شکسته شده که به عنوان یک پرتو فرودی از یک فیلم دی الکتریک نازک عبور می کند.
همه پرتوهایی که در هر دو ناحیه منتشر می شوند به دلیل ماهیت منسجم تابش می توانند به طور سازنده یا مخرب با یکدیگر تداخل داشته باشند. اثر خالص روی هم قرار دادن همه این پرتوهای فرار را می توان با جایگزینی لایه نازک با یک سطح ساختگی با ضرایب فرنل پیچیده در نظر گرفت:
(16)
(17)
(18)
از آنجایی که ضرایب فرنل پیچیده هستند، تاخیر فازی را در پرتوهای منعکس شده و شکسته القا می کنند. علاوه بر این، صرفاً تغییر ضخامت فیلم بر آرگومان های ضرایب بازتاب و انتقال تأثیر می گذارد. بنابراین، لایه‌های نازک در مقایسه با منشورهای بدون پوشش، کنترل بسیار دقیق‌تری بر تأخیرهای فاز در رابط‌های هوا-دی الکتریک ارائه می‌دهند. با این حال، همانطور که در معادله 18 نشان داده شده است، لایه‌های نازک درجه‌ای از وابستگی به طول موج را معرفی می‌کنند که در طول بازتاب داخلی کل در مرزهای بدون پوشش دیده نمی‌شود. این را می توان با استفاده از فیلم های چند لایه، که کنترل بسیار دقیق تری از تاخیر فاز را در طیف وسیعی از طول موج ها ارائه می دهد، جبران کرد.
اگر چندین لایه دی الکتریک در مجاورت یکدیگر باشند، ضرایب فرنل معادل برای فیلم چند لایه را می توان به صورت بازگشتی محاسبه کرد، به طور مکرر با استفاده از معادله 16 و معادله 17 در حالی که r 23 را با مقدار r eq از تکرار قبلی جایگزین کرد .
تعریف مدل
در این آموزش، یک پرتو پلاریزه خطی با زاویه تابش 45 درجه به سطح یک منشور می رسد. صفحه پلاریزاسیون نسبت به صفحه تابش زاویه 45 درجه دارد، به طوری که پرتو ورودی از قسمت های مساوی s و p قطبی شده است. بنابراین، یک تغییر فاز 90 درجه باید نور قطبی دایره ای تولید کند.
همانطور که در بخش قبل توضیح داده شد، هیچ ماده دی الکتریک شفافی نمی تواند تاخیر فاز 90 درجه را برای نور در زاویه تابش 45 درجه ایجاد کند، بنابراین باید از فیلم های نازک دی الکتریک برای رسیدن به تاخیر فاز مورد نظر تنها با یک بازتاب استفاده کرد. به دنبال ر. ضریب شکست منشور شیشه ای np = 1.509 است و از ترکیب لایه های نازک زیر استفاده می شود :
1 | تک لایه با n 1 = 2.0535 و t 1 = 0.089 λ 0 . |
2 | لایه سه گانه با n 1 = 2.346 ، n 2 = 1.664، n 3 = 1.496، t 1 = 0.0447 λ 0 ، t 2 = 0.111 λ 0 ، و t 3 = 0.3856 λ 0 . |
نتایج و بحث
برای دو ترکیب از لایه های دی الکتریک نازک که در بخش قبل توضیح داده شد، تاخیر فاز به عنوان تابعی از طول موج فضای آزاد در شکل 4 نشان داده شده است . همانطور که اغلب در مورد شیفترهای فاز با استفاده از بازتاب داخلی کامل اتفاق می‌افتد، یک فیلم چند لایه کنترل دقیق‌تری بر عقب‌ماندگی ارائه می‌دهد و وابستگی به طول موج آن را بیش از یک فیلم تک لایه کاهش می‌دهد.
تاخیر فاز در شکل 4 را می توان با شکل 7 در Ref مقایسه کرد. 2 . با این حال، توجه داشته باشید که Ref. 2 از قرارداد علامت مخالف برای انتشار یک موج الکترومغناطیسی مسطح در مقایسه با قرارداد علامت استفاده شده در ماژول اپتیک پرتو استفاده می کند. از این رو شکل 4 در این سند و شکل 7 در Ref. 2 تأخیرهای فاز را با همان بزرگی اما مخالف در علامت نشان می دهد.
شکل 4: عقب ماندگی فاز بین مولفه های پلاریزه s و p دامنه میدان الکتریکی به عنوان تابعی از طول موج فضای آزاد رسم شده است.
منابع
1. ام. بورن و ای. ولف، اصول اپتیک ، ویرایش هفتم، کمبریج، 1999.
2. اسپیلر، ابرهارد. “به طور کامل بازتاب دهنده های فاز نازک.” اپتیک کاربردی 23، پ. 20 (1984): 3544-3549.
3. King, RJ “سیستم های عقب ماندگی موج چهارم بر اساس اصل لوزی فرنل.” مجله ابزارهای علمی 43، شماره. 9 (1966): 617.
مسیر کتابخانه برنامه: Ray_Optics_Module/Prisms_and_Coatings/achromatic_phase_shifter
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Optics>Ray Optics>Geometrical Optics (gop) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > ردیابی پرتو را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
یک فایل حاوی پارامترهایی برای ضریب شکست و ضخامت هر لایه نازک بارگذاری کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل achromatic_phase_shifter_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
هندسه یک منشور شیشه‌ای ساده است که در آن نور با زاویه 45 درجه به سطح می‌تابد.
صفحه کار 1 (wp1)
در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه کار کلیک کنید .
کار کلیک کنید .صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
XW (M) | (M) است |
0 | 0 |
1 | 1 |
0 | 1 |
4 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
اکسترود 1 (ext1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Work Plane 1 (wp1) کلیک راست کرده و Extrude را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Extrude ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مواد
مواد 1 (mat1)
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضریب شکست، قسمت واقعی | n_iso ; nii = n_iso، nij = | np | 1 | ضریب شکست |
اپتیک هندسی (GOP)
تنظیمات رابط فیزیک را طوری تنظیم کنید که طول موج های مختلف آزاد شود. این یک آزمایش دقیق تر از رنگ آمیزی پلاریزه کننده ارائه می دهد.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometrical Optics (gop) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اپتیک هندسی ، بخش انتشار و انتشار پرتو را پیدا کنید . |
3 | از لیست توزیع طول موج پرتوهای آزاد شده ، Polychromatic را انتخاب کنید ، طول موج خلاء را مشخص کنید . |
4 | در قسمت متنی Maximum number of secondary rays 0 را تایپ کنید . پرتوهای ثانویه مورد نیاز نیستند زیرا همه پرتوهای اولیه در ناپیوستگی مواد تحت بازتاب داخلی کامل قرار می گیرند. |
5 | بخش محاسبه شدت را پیدا کنید . از لیست محاسبه شدت ، محاسبه شدت را انتخاب کنید . هنگامی که شدت پرتو محاسبه می شود، اطلاعات مربوط به قطبش پرتو نیز در دسترس است زیرا روش محاسبه شدت درجه آزادی را برای هر چهار پارامتر استوکس اختصاص می دهد. |
انتشار از گرید 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Release from Grid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتشار از شبکه ، بخش مختصات اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن q x، 0 ، 0.2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن q y، 0 ، 0.5 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن q z، 0 ، 0.5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Ray Direction Vector را پیدا کنید . بردار L 0 را به صورت مشخص کنید |
1 | ایکس |
0 | y |
0 | z |
محدوده طول موج پرتوهای آزاد شده را مشخص کنید. یک پرتو در هر مقدار طول موج در نقطه مشخص شده منتشر می شود.
7 | قسمت خلاء طول موج را پیدا کنید . از لیست تابع توزیع ، فهرست مقادیر را انتخاب کنید . |
8 |  روی Range کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره‌ای Range ، تعداد مقادیر را از لیست روش ورود انتخاب کنید . |
10 | در قسمت متن شروع ، lam0/0.8 را تایپ کنید . |
11 | در قسمت متن توقف ، lam0/1.3 را تایپ کنید . |
12 | در قسمت متنی Number of values عدد 100 را تایپ کنید . |
13 | روی Replace کلیک کنید . |
قطبش پرتو فرودی را طوری تغییر دهید که به صورت خطی در زاویه 45 درجه نسبت به صفحه تابش قطبی شود.
14 | در پنجره Settings for Release from Grid ، قسمت Initial Polarization را پیدا کنید . |
15 | از لیست نوع قطبش اولیه ، کاملاً قطبی شده را انتخاب کنید . |
16 | از فهرست پلاریزاسیون اولیه ، User defined را انتخاب کنید . |
17 | در قسمت متنی 2,0 ، 1 را تایپ کنید . |
از آنجایی که مقدار پیش‌فرض اختلاف فاز اولیه صفر است، ویژگی انتشار پرتوهایی تولید می‌کند که به صورت خطی در زاویه 45 درجه نسبت به جهت مشخص شده در قسمت جهت مرجع قطبش اولیه قطبی می‌شوند .
دو نمونه از شرایط مرزی ناپیوستگی مواد را روی سطح بازتاب داخلی ایجاد کنید. این دو ویژگی ترکیب های متفاوتی از فیلم های دی الکتریک نازک داده شده و در دو مطالعه جداگانه مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
پوشش تک لایه
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Material Discontinuity را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات مربوط به ناپیوستگی مواد ، پوشش تک لایه را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
4 | قسمت Coatings را پیدا کنید . از لایه های دی الکتریک نازک در لیست مرزی ، افزودن لایه ها به سطح را انتخاب کنید . |
فیلم دی الکتریک نازک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Thin Dielectric Film را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات فیلم دی الکتریک نازک ، بخش ویژگی های فیلم را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن n ، nf1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن t ، tf1 را تایپ کنید . |
پوشش سه لایه
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Material Discontinuity را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ناپیوستگی مواد ، پوشش سه لایه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
4 | قسمت Coatings را پیدا کنید . از لایه های دی الکتریک نازک در لیست مرزی ، افزودن لایه ها به سطح را انتخاب کنید . |
فیلم دی الکتریک نازک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Thin Dielectric Film را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات فیلم دی الکتریک نازک ، بخش ویژگی های فیلم را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن n ، nf2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن t ، tf2 را تایپ کنید . |
پوشش سه لایه
در پنجره Model Builder ، روی Triple-layer Coating کلیک کنید .
فیلم دی الکتریک نازک 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Thin Dielectric Film را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات فیلم دی الکتریک نازک ، بخش ویژگی های فیلم را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن n ، nf3 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن t ، tf3 را تایپ کنید . |
پوشش سه لایه
در پنجره Model Builder ، روی Triple-layer Coating کلیک کنید .
فیلم دی الکتریک نازک 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Thin Dielectric Film را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات فیلم دی الکتریک نازک ، بخش ویژگی های فیلم را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن n ، nf4 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن t ، tf4 را تایپ کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ردیابی اشعه
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 1 ، روی Step 1: Ray Tracing کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی پرتو ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست مشخصات مرحله زمان ، تعیین حداکثر طول مسیر را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Lengths 0 0.6 را تایپ کنید . |
در مطالعه اول از پوشش تک لایه استفاده می شود، بنابراین پوشش سه لایه باید غیرفعال شود.
5 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
6 | در درخت، Component 1 (comp1)>Geometrical Optics (gop)>Triple-layer Coating را انتخاب کنید . |
7 |  روی Disable کلیک کنید . |
8 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
بیضی های قطبی، پوشش تک لایه
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Polarization Ellipses، Single-layer Coating را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
مسیرهای پرتو 1
1 | در پنجره Model Builder ، Polarization Ellipses، Single-layer Coating node را گسترش دهید، سپس روی Ray Trajectories 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ray Trajectories ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ellipse را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Ray Trajectories 1 را گسترش دهید ، سپس روی Color Expression 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، gop.s3/gop.s0 را تایپ کنید . این عبارت درجه قطبش دایره‌ای را نشان می‌دهد که برای تابش قطبی خطی یا غیرقطبی قدر صفر و برای تابش قطبی شده دایره‌ای قدر واحد دارد. |
4 | در نوار ابزار Polarization Ellipses, Single-layer Coating ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار پنجره Graphics ،  در کنار  Go to Default View کلیک کنید ، سپس Go to ZX View را انتخاب کنید . بیضی های پلاریزاسیون به عنوان بخش های خطی برای پرتوهای قطبی خطی فرودی و دایره هایی برای پرتوهای بازتاب شده ظاهر می شوند. بیضی های پلاریزاسیون و بیان رنگ تایید می کنند که پرتوهای منعکس شده همگی تقریباً دایره ای قطبی شده اند. |
عقب ماندگی فاز در مقابل طول موج
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، در فیلد نوشتاری برچسب ، تاخیر فاز در مقابل طول موج را تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Ray 1 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، Phase Retardation را برای فیلم های تک لایه و سه لایه تایپ کنید . |
7 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
8 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، \lambda<sub>0</sub>/\lambda را تایپ کنید . |
9 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، Phase Retardation (deg) را تایپ کنید . |
10 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
اشعه 1
1 | در نوار ابزار عقب ماندگی فاز در مقابل طول موج ، روی  More Plots کلیک کنید و Ray را انتخاب کنید . |
استفاده از نمودار Ray راحت است زیرا می توان از آن برای مقایسه هر دو متغیری که برای همه پرتوها تعریف شده است استفاده کرد.
2 | در پنجره تنظیمات برای Ray ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، gop.delta را تایپ کنید . |
4 | از لیست واحد ، ° را انتخاب کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Expression ، lam0/gop.lambda0 را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
8 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
پوشش تک لایه |
10 | در نوار ابزار عقب ماندگی فاز در مقابل طول موج ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار تغییر فاز را به عنوان تابعی از طول موج فضای آزاد تابش نشان می دهد. هنگامی که از یک فیلم تک لایه استفاده می شود، تغییر فاز حدود 4 درجه در محدوده فرکانس شبیه سازی شده تغییر می کند. اکنون آنالیز را با استفاده از یک فیلم چند لایه تکرار کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای واسط‌های فیزیک انتخاب شده > ردیابی پرتو را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: ردیابی اشعه
1 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی پرتو ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | از لیست مشخصات مرحله زمان ، تعیین حداکثر طول مسیر را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متن Lengths 0 0.6 را تایپ کنید . |
در مطالعه دوم از پوشش سه لایه استفاده می شود، بنابراین پوشش تک لایه باید غیرفعال شود.
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)>Geometrical Optics (gop)>Single-layer Coating را انتخاب کنید . |
6 |  روی Disable کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
بیضی های قطبی، پوشش سه لایه
در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Polarization Ellipses، Triple-layer Coating را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید.
مسیرهای پرتو 1
1 | در پنجره Model Builder ، Polarization Ellipses، Triple-layer Coating node را گسترش دهید، سپس روی Ray Trajectories 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ray Trajectories ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ellipse را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Ray Trajectories 1 را گسترش دهید ، سپس روی Color Expression 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، gop.s3/gop.s0 را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار Polarization Ellipses، Triple-layer Coating ، روی  Plot کلیک کنید . بیضی پلاریزاسیون و بیان رنگ تایید می کند که پرتوهای منعکس شده همگی تقریباً دایره ای قطبی شده اند. |
پرتو 2
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Phase Retardation vs. Wavelength روی Ray 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ray ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Ray 2 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
پوشش سه لایه |
6 | در نوار ابزار عقب ماندگی فاز در مقابل طول موج ، روی  Plot کلیک کنید . نمودار حاصل را با شکل 4 در مستندات مدل و با شکل 7 در Ref. 2 . |
