13. Előadás Polarizáció és anizotrópia A Grid Source panelen a Polarization fül alatt megadhatjuk a sugár polarizációs állapotát Rendre az alábbi lehetőségek közül választhatunk: Polarizálatlan Lineáris (vízszintes) Lineáris (függőleges) Lineáris (+45 ) Lineáris (-45 ) Jobbra cirkuláris Balral cirkuláris ik lái Általános lineáris Általános elliptikus TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 1
Polarizáció és anizotrópia A polarizáció fokát is megadhatjuk (0 és 1 közti értékkel) Az Általános lineáris és Általános elliptikus polarizáció beállításnál értelmet nyer Custom polarization block, melyben példaként lineáris polarizáció esetén az orientáció beállítás látható A beállítás után megjelenik a polarizációs állapot szemléltetése A beállítás után megjelennek a Stokes-vektor komponensei TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt
Polarizáció és anizotrópia Amennyiben a polarizációs állapotnak jelentősége van, fontos, hogy a Raytrace / Raytrace Options panelen a Polarization opció ki legyen pipálva! TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 3
A következőkben foglalkozzunk az anizotróp közegbeli fényterjedéssel Szorítkozzunk az optikailag egytengelyű anizotróp kristályokra! Ez esetben a főtengelyrendszerbeli dielektromos tenzor két eleme egyező, egy különbözik. A törésmutató ellipszoid tengelyei egybeesnek a főtengelyekkel. A tengelymetszetek pedig az n i = εi / ε0főtörésmutatók. Adott u irányban történő terjedés esetén a u fázissebességeket a következő módon határozzuk meg a törésmutató ellipszoid segítségével. A terjedési irányra merőlegesen felveszünk egy síkot, mely tartalmazza a n a törésmutató ellipszoid középpontját. Ez a sík kimetsz egy ellipszist, i melynek főtengelyei n a illetve n b. Az ezen n b főtengelyekkel párhuzamos polarizációjú, u irányba terjedő sugarak fázissebességei: v = c/n., v = c/n Az anizotrópia másik fontos következménye, hogy az energia terjedés iránya (Poynting vektor) különbözik a fázisfront normálisának (hullámszám vektor) irányától, amennyiben a terjedés nem az főtengelyek iá irányábanáb történik. TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 4 a a b b
Egytengelyű kristályban a törésmutató-ellipszoid forgási ellipszoid, melynek szimmetriatengelye a kristályoptikai tengely. Ennek az a következménye, hogy a törésmutatóellipszoidból kimetszett ellipszis egyik tengelye független a terjedési iránytól. Ezt ordinárius törésmutatónak hívjuk, a polarizációt pedig, melyhez ez a törésmutató tartozik, ordinárius polarizációnak. A másik törésmutatót, illetve polarizációt extraordináriusnak hívjuk. Az extraordinárius törésmutató értéke viszont függ aterjedési iránytól (amit az optikai tengellyel bezárt θ szöggel jellemezhetünk, n e (θ)-val jelöljük). Az ordinárius törésmutatóra illetve az extraordinárius törésmutató maximális értékére pedig az n o illetve n e jelöléseket használjuk (ezek a törésmutató-ellipszoid főtengelyeinek félhosszai). Az adott terjedési irányhoz tartozó extraordinárius törésmutatót pedig a következő összefüggésből határozható meg: 1 sin cos θ TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 5 n e ( θ ) = θ + n e n o
P: Tekintsünk pár egyszerű példát! Definiáljunk egyszerű szilárd testet az alábbiak szerint! A közeg legyen LiNbO 3, melynek kristályoptikai tengelye legyen y TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 6
A sugárforrás legyen a LiNbO 3 tömb előtt definiálva, az egyszerűség kedvéért egyetlen sugarat kövessünk, mely párhuzamos a z tengellyel. A hullámhossz legyen 1,03 μm! TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 7
Állítsuk be a polarizációt függőlegesre (y), ahogy a Grid Source panelen láthatjuk. Ez extraordinárius polarizációt jelent, hisz a kristályoptikai tengely irányába mutat. TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 8
A sugárkövetés eredménye: A kristálybeli geometriai úthosszat is figyelembe véve megállapíthatjuk, hogy a ki kristálybeli liopl étékö érték összhangban van az extraordinárius tm értékkel TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 9
Állítsuk be a polarizációt vízszintesre (x), ahogy a Grid Source panelen láthatjuk. Ez ordinárius polarizációt jelent, hisz a kristályoptikai tengelyre merőleges irányába mutat. TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 10
A sugárkövetés eredménye: Megállapíthatjuk, hogy a kristálybeli OPL érték összhangban van az ordinárius tm értékkel TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 11
Tegyük meg most az alábbi polarizáció beállításokat változatlan elrendezésnél! A beállítás alatt rögtön látható az eredmény Vegyük észre, hogy mindkét esetben két sugarat kapunk (o, eo) melyek mindkét beállításnál páronként megegyeznek. gy TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 1
A kettőstörés Vizsgáljuk a nem merőleges beesést az előző geometria esetén! Annyit változtassunk csupán, hogy a rács ugyanazon pontjából ne merőlegesen, hanem Z-hez képest 30 -os szögben induljon a sugár, és ne legyen polarizált! Láthatjuk, hogy a beeső sugár két sugárra (o, eo) bomlott. TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 13
A sugárkövetés eredménye A kettőstörés Ha a táblázat adataiból (OPL, irányvektorok) és a kristály vastagságából kiszámoljuk az adott irányú terjedéshez tartozó extraordinárius törésmutató értéket, igen jó egyezést kapunk azzal az értékkel, amit az alábbi egyenletből kapnánk: 1 sin cos θ = e θ + TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 14 n e ( θ ) n n o
A kettőstörés Nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkező anizotróp anyagok esetén a hatékony nemlineáris optikai frekvencia-átalakításhoz szükséges fázisillesztéshez is hasznos eszköz lehet a TracePro (tervezéshez, ellenőrzéshez) TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 15
Mit ismertünk meg? - A polarizációs állapot megadása a TracePro-ban - Anizotrop közegek megadása a TracePro-ban - Sugárkövetés anizotrop közegben Következik: - Egy speciális alkalmazás: a döntött impulzusfrontú gerjesztés TÁMOP-4.1.1.C-1/1/KONV-01-0005 projekt 16