FRED:颜色分析

介绍
 

宽光谱光源对许多光学系统都很重要，应用范围包括白光照明、分光计等。FRED中的颜色图像分析，是通过计算每个像素的色度坐标并在表面上显示生成的RGB值来生成颜色分布。此外，FRED还可以显示彩色色度图，并在用户移动光标时指示每个像素的色度坐标。在本案例中，将观察两个光学系统的彩色图像。第一个系统包括一个分色的“冷光镜”，将白光分为两个波长段。第二个系统利用线偏振器和波片来显示双折射材料的波长依赖性。

案例
 

FRED中可以指定几种膜层类型，例如采样膜层，薄膜膜系，四分之一波长单层膜层，一般采样膜层（入射角，波长和偏振相关），偏振片/波片膜层（琼斯矩阵） 和脚本膜层。 在此案例中，使用Thin Film Layered Coating类型（图1）创建冷镜。
 

图1.指定冷光镜的膜层
 

在平面平行板的一个表面上涂上Cold Mirror膜层。用一个白光源照亮该板，该光源在400-700 nm内平均加权采样。光源位于抛物面镜焦点的小体积内。反射镜反射的光是准直的，并传输到冷光镜，冷光镜相对于光束旋转50°。放置两个吸收面，收集冷光镜反射和透射的光。

图2.冷光镜照明布局（左侧）。反射和透射的彩色图像（右）

图3.冷光镜反射和透射光的光谱分析。请注意，由于膜层是0度入射，0.55um为中心波长，所以在这个较大的入射角处反射较短的中心波长。

图4.准直白光束（左），透射光束（中）和反射光束（右）的彩色图像

图5.图中十字线表示的光束反射（左）和透射（右）分量的平均色度坐标。通过将分析面减少到一个像素并评估其彩色图像来确定该值。

波片和线偏振片
 

在该系统中，相干的水平偏振白光由透镜聚焦。波片放置在焦点之外，然后是垂直线偏振片（图6）。准直的水平偏振光不通过偏振片，然而，水平偏振光线的扩展光束在每个角落处具有一些通过的垂直偏振分量。图7显示了没有波片系统的辐照度。

图6. 通过波片和线偏振片的光线追迹

图7.忽略波片时垂直偏振片以外的辐照度分布。扩展光束中光线的垂直偏振分量通过。

接下来，添加波片（0.00304 mm厚的由双折射方解石制成）。方解石材料是使用FRED的Sampled Birefringent and/or Optically Active Material材料类型创建的。方解石的规格如图8所示。

图8.指定方解石的折射率

波片为通过的光的每个偏振分量提供一个差分相移。这种相移的波长依赖性意味着光束的每个颜色分量都会得到一个稍微不同的偏振调整。垂直偏振片再次滤除光的所有水平偏振分量。对于波片，偏振片以外的辐照度显示出消光交叉图案的减少。关于光分布的一个更有趣的观点是它的彩色图像，它显示了一种彩虹色的分布。

图 9.光通过双折射波片和垂直线偏振片后的辐照度分布（左）和彩色图像（右）。