波片的常见类型和分类以及选择合适波片的方法

时间：2023-02-20

Waveplate波片，也称为延迟器，可以改变激光光束的偏振状态，而不会衰减、偏离或平移光束。波片是控制和分析光的偏振状态的理想选择。它们有三种主要类型——零阶波片、多阶波片和消色差波片。每种类型都具有*特的优势，具体取决于手头的应用。因此，对各类波片的深入理解有助于人们选择正确的波片以及更好的应用波片。

多阶波片Multiple Order Waveplates

多阶波片由一块石英晶体板（标称厚度为 0.5 毫米）组成，是三种类型中较*的。它们的延迟随着温度而变化（图 4），并且随着波长而显着变化（图 5）。它们是在气候受控环境中使用单色光的不错选择。它们通常在实验室中与激光耦合。相比之下，矿物学等应用利用多阶波片固有的色移（延迟与波长变化）。

图 4： 7.25λ多阶波片在632.8nm的延迟与温度的关系图5：7.25λ 多阶波片在 632.8nm 的延迟与波长

多阶波片的延迟与波长Multiple Order Waveplates

传统晶体石英波片的替代品是聚合物延迟膜。该薄膜有多种尺寸和延迟，价格仅为晶体波片的一小部分。就灵活性而言，薄膜延迟器在应用方面优于水晶石英。它们的薄聚合物设计可以轻松地将薄膜切割成所需的形状和尺寸。这些薄膜非常适合用于使用 LCD 和光纤的应用。聚合物延迟膜也有消色差版本。然而，这种薄膜的损坏阈值较低，不应与激光等高功率光源一起使用。此外，它的使用**于可见光谱，因此 UV、NIR 或 IR 应用将需要替代品。

零级波片Zero Order Waveplates

由于它们的总延迟只占多阶类型的一小部分，因此零阶波片的延迟相对于温度（图 6）和波长变化（图 7 ）更为恒定。在需要更高稳定性或需要更大温度漂移的情况下，零级波片是理想的选择。应用示例包括观察加宽的光谱波长，或使用现场使用的仪器进行测量。

图 6：波长为 632.8nm 的 λ/4 零级波片的延迟与温度的关系图7：波长为 632.8nm 的 λ/4 零级波片的延迟与波长

消色差波片Achromatic Waveplates

由于两种材料的补偿，消色差波片甚至比零级波片更稳定（图 8）。如果情况涵盖多个光谱波长或整个波段（例如，从紫色到红色），消色差波片是理想的选择。

图 8： 610 – 850nm 消色差波片的延迟与波长

菲涅尔菱形延迟器Fresnel Rhomb Retarders

菲涅耳菱形延迟器利用棱镜结构内特定角度的内反射来延迟入射偏振光。光的每次反射通常会使 p 偏振光分量前进 λ/8。当光从两个表面反射后离开棱镜时，通过单个菱形延迟器的总延迟为 λ/4。此外，两个菱形延迟器也可以粘合在一起以实现 λ/2 延迟版本。在整个波长范围内，延迟的变化在2%以内。这些延迟器针对二极管和光纤应用进行了优化。由于菲涅耳菱形延迟器基于全内反射发挥作用，因此它们可用于宽带或消色差用途。

图 9：德国B.halle，λ/4 延迟菲涅尔菱形延迟器（左）和 λ/2 延迟菲涅尔菱形延迟器（右）

结晶石英偏振旋转器Crystalline Quartz Polarization Rotators

晶体石英偏振旋转器是石英单晶，可旋转入射光的偏振，而与旋转器和光的偏振之间的对准无关。这是由于与晶体结构相关的石英的旋光性。石英有两个对映体，这意味着 SiO 4的晶格可以形成互为镜像的两种不同结构。无论晶体具有哪种结构，都将决定光的偏振方向是顺时针还是逆时针方向前进。由于它们将偏振平面旋转特定角度，因此晶体石英偏振旋转器是波片的**替代品，可用于沿光轴旋转光的整个偏振，而不仅仅是光的单个分量。入射光的传播方向必须垂直于旋转器。

图 10：晶体石英偏振旋转器将入射偏振旋转 90°

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