[科普中國]-波片

簡介

晶片中的o光和e光沿同一方向傳播，但傳播速度不同(折射率不同) ，穿出晶片后兩種光間產(chǎn)生 (n0－ ne)d光程差（見光程），d為晶片厚度，n0和ne為o光和e光的折射率，兩垂直振動(dòng)間的相位差為Δj=2π（n0－ne） d/λ。 兩振動(dòng)一般合成為橢圓偏振（見光的偏振）。Δj=kπ（k為整數(shù)）時(shí)合成為線偏振光 ；Δj=（2k+1）π/2，且θ=45°時(shí)合成為圓偏振光 。凡能使o光和 e光產(chǎn)生λ/4附加光程差的波片稱為四分之一波片。若以線偏振光入射到四分之一波片，且θ=45°，則穿出波片的光為圓偏振光；反之，圓偏振光通過四分之一波片后變?yōu)榫€偏振光。凡能使o光和e光產(chǎn)生λ /2附加光程差的波片稱為二分之一波片 。線偏振光穿過二分之一波片后仍為線偏振光，只是一般情況下振動(dòng)方向要轉(zhuǎn)過一角度。光程差可任意調(diào)節(jié)的波片稱補(bǔ)償器，補(bǔ)償器常與起偏器結(jié)合使用以檢驗(yàn)光的偏振狀態(tài)。1

波片的類型按結(jié)構(gòu)分波片按結(jié)構(gòu)來分，有多級(jí)波片（multiple-order wave plate），膠合零級(jí)波片或稱復(fù)合波片（compound zero-order wave plate）及真零級(jí)波片（true zero-order）。

真零級(jí)波片，延遲量的波長敏感度低，溫度穩(wěn)定性高，接受有效角度大，性能大大優(yōu)于其他兩種波片。但真零級(jí)波片往往非常的薄，以石英為例，其在可見光部分雙折射系數(shù)約為~0.0092。一個(gè)550nm為中心波長的真零級(jí)四分之一石英波片其厚度只有15um。如此薄的波片在制造和使用上都會(huì)遇到不少困難。

多級(jí)波片的厚度等于多個(gè)全波厚度（n×waves）加一個(gè)所需延遲量厚度。多級(jí)波片相對(duì)比較容易制造，缺點(diǎn)是其對(duì)波長，溫度，入射角均很敏感。

膠合零級(jí)波片（復(fù)合波片）是將兩個(gè)多級(jí)波片膠合在一起。通過將一個(gè)波片的快軸和另一個(gè)波片的慢軸對(duì)準(zhǔn)以消除全波光程差，僅留下所需的光程差。膠合波片可以在一定程度上改善溫度對(duì)波片的影響，但另一個(gè)結(jié)果是其增加了波片延遲量對(duì)入射角度及波長的敏感性。

按材料分波片按材料分，常見的有各種晶體波片，和聚合物波片，液晶波片。常用的晶體包括云母，方解石，石英等。

其他說明石英因?yàn)殡p折射系數(shù)過大，一般只適合做多級(jí)或膠合零級(jí)波片。

云母可以被很精細(xì)的劈開的天然晶體，可以用來做真零級(jí)波片。但云母波片的缺點(diǎn)是口徑一般比較小，整個(gè)平面的均一性比較差，并且長時(shí)間使用的光學(xué)質(zhì)量及可靠性也比較差。

相比石英而言，聚合物材料的雙折射系數(shù)比較小，所以更適合制造真零級(jí)波片，尤其是在可見波段。各種聚合物在不同波段的色散程度不同，所以對(duì)不同應(yīng)用要考慮用不同類型的聚合物。

消色差波片是由幾層不同的聚合物或晶體精確對(duì)準(zhǔn)層疊而成的。消色差波片主要優(yōu)點(diǎn)是在一定的帶寬之內(nèi)延遲量對(duì)波長的變化不敏感。

液晶波片（液晶相位延遲器）是一種新型的可控相位延遲器。通過控制加在液晶兩邊的電壓，可以改變液晶的雙折射系數(shù)，從而改變通過液晶波片光的相位差。23