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波片:光学领域中的相位调控利器

2024-06-06 派大星

波片,也称为相位延迟片,是一种重要的光学器件,其主要作用是在互相垂直的两光振动间产生附加的光程差或相位差。


波片:光学领域中的相位调控利器

1. 波片的基本原理

光程差产生:波片通常由具有精确厚度的石英、方解石或云母等双折射晶片制成,其光轴与晶片表面平行。当线偏振光垂直入射到晶片时,其振动方向与晶片光轴夹角θ(θ≠0),入射的光振动会分解成垂直于光轴(o振动)和平行于光轴(e振动)两个分量,它们分别对应晶片中的o光和e光。

相位差计算:o光和e光沿同一方向传播,但传播速度不同(折射率不同),因此穿出晶片后两种光间会产生(n0-ne)d光程差,其中d为晶片厚度,n0和ne为o光和e光的折射率。两垂直振动间的相位差Δj=2π(n0-ne)d/λ。

2. 波片的分类

按光程差分类:

四分之一波片:能使o光和e光产生λ/4附加光程差的波片。当线偏振光以45°角入射到四分之一波片时,穿出波片的光为圆偏振光;反之,圆偏振光通过四分之一波片后变为线偏振光。

二分之一波片:能使o光和e光产生λ/2附加光程差的波片。线偏振光穿过二分之一波片后仍为线偏振光,但振动方向会转过一角度。


按结构分类:

多级波片:厚度等于多个全波厚度加一个所需延迟量厚度。

胶合零级波片(复合波片):两个多级波片胶合在一起,通过消除全波光程差仅留下所需的光程差。

真零级波片:延迟量的波长敏感度低,温度稳定性高,接受有效角度大,性能优异但制造和使用难度大。

3. 波片的应用场景

光通信领域:提高光信号传输距离和质量。

激光器领域:控制和稳定激光输出波长和波形。

光学传感领域:作为光谱分析仪、气体检测仪、温度检测仪等测量装置中的核心元器件。

光电子学领域:作为光电调制器、天线、滤波器、振荡器等组件,广泛应用于高速光通信、雷达探测、生命科学等领域。

4. 波片的优势

快速响应速度:响应时间在纳秒级别。

高灵敏度和高稳定性:对于不同信号波长具有高灵敏度和高稳定性。

无极性控制:可以无极性控制信号的强度和相位。

集成度高:可集成化组装、直接封装或集成在光子集成电路中。

综上所述,波片在光学领域中发挥着重要的作用,其独特的性质使其在各种应用场景中都具有广泛的应用前景。


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