关于光学扩展量的一个小小讨论

C_Sam

先说一下光学扩展量，从定义上可以归纳为光源面积和光束发散角的积分，而光学扩展量的守恒（或者说只增不减的规律）对光束行为有决定性的约束，是光学系统效率的重要判定依据。

但今天提出一个个人觉得比较有意思的一个场景，各位同行道友一起看看，以下的场景光学扩展量是否翻倍：
一束平行的自然光或者圆偏振光，经过了PCS分光之后，成为了一束P偏振光和一束S偏振光。
在这个分光的过程中，光束的角度未发生变化，而光束的截面面积却变为原来的入射光的两倍。请问这里实现了光学扩展量的翻倍吗？

这里提出两种本人的答案，每一种看起来都正确结论确实截然相反，请各位友人评判，个人愚见轻喷：
1.从公式定义上看，光学扩展量中的面积确实发生了翻倍的改变，计算结果也是。所以光学扩展量在这个过程发生了翻倍，同时后续假如有收光系统那么下一级的光学孔径就得考虑增加以保证效率。

2.一束自然光或者圆偏振光，我们可以把它分解为两个分量S光和P光，观察每一束光在传播过程中，都是仅仅发生了反射，每一束光束的面积角度都未有任何变化所以每一个分量的光学扩展量没有变化，那么最后的合成的光束总的光学扩展量也没有变化，这里光学扩展量并没有翻倍而是不变。

以上内容，大家有不同意见或者想法的欢迎提出讨论。

DLSYY

不变吧
光学拓展量确定的是光学系统光线总量，在照明光学里，对于具有给定光源和光学系统，可以通过该系统传输的最大通量是预先确定的

Oeback

平行光的光学扩展量不等于O?

小风

从结果上看光展量就是翻倍了，但是和一般的光展量变大的情况又有点不同，比如一般的光展量变大是不可逆的，但是你这种情况是有可能可以变小回去的，P和S合光光展量就变小回去了

daniellsun

我支持不变，这个只是对偏振成分进行分离。一样的还有波长分离等等

C_Sam

DLSYY 发表于 2022-12-27 08:26
不变吧
光学拓展量确定的是光学系统光线总量，在照明光学里，对于具有给定光源和光学系统，可以通过该系统 ...

假如我们从光线数量这个角度去考虑的话（虽然说光线数量本身就是一个虚拟的概念，现实中的光并非是一根一根的形态）。那么一根圆偏振光，经过PCS之后，变成了一根P+一根S光，总共2根。这里数量是翻倍了。或者是经过一个半反半透膜，也是一根变两根。此处或许可以仔深究深究

C_Sam

Oeback 发表于 2022-12-27 09:52
平行光的光学扩展量不等于O?

0°光的扩展量是0没错。此处假定给这一束光线一个不为0的小角度就好。命题的讨论可以继续哈！感谢提醒

C_Sam

小风 发表于 2022-12-29 10:15
从结果上看光展量就是翻倍了，但是和一般的光展量变大的情况又有点不同，比如一般的光展量变大是不可逆的， ...

确实是这样。这个场景可以讨论很久，尝试过从定义和实际设计过程去举证，但都是发现有相违背的地方，光学还是有很多东西可以研究哈哈哈

C_Sam

daniellsun 发表于 2022-12-29 10:43
我支持不变，这个只是对偏振成分进行分离。一样的还有波长分离等等

比如三色光的分离和合光过程
我个人其实是倾向于不变的

NB863

光学扩展量守恒的表述是，对于理想的光学系统，在不考虑折射、反射、散射、吸收等"损失"的情况下，光学扩展量保持不变。可以看到，扩展量守恒带有一定的条件。
光学扩展量守恒目前主要用于光学计算，以计算结果指引几何光学设计。像偏振态分光、光谱分光的情况，个人觉得可以归结为物理光学范畴。
所以，在几何光学设计中，光学扩展量守恒是成立的。

另外，一般选择典型的位置计算光学扩展量，比如物位置、像位置，而不选择远离二者的中间位置进行计算。