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昨天瓦力棋牌瓦力介绍了偏振片和偏振棱镜，今天瓦力棋牌瓦力继续介绍另两类常见偏振光学元件，波片和偏振分束器。

波片

波片，也称相位延迟器，它可以使偏振光的两个相互垂直的偏振分量之间产生相位延迟，从而改变光的偏振态。波片是用透明晶体制成的平行平面薄板，其光轴与表面平行。当光垂直入射到波片表面，入射光分解成o光和e光，相应折射率为\( n_o \)和\( n_e \)，并以不同速度传播，但方向不变。当光从厚度为\( d \)的波片出射后，产生的相位差为 

\( \delta=\frac{2\pi}{\lambda}|n_o-n_e|d \)

这样，两束振动方向相互垂直且有一定相位差的线偏振光叠加，一般会得到椭圆偏振光。波片一般按照相位延迟量，即出射时两光的相位差\( \delta \)进行分类，下面逐一进行讨论。

1.全波片

全波片相位延迟为

\( \delta=\frac{2\pi}{\lambda}|n_o-n_e|d=2m\pi \quad (m=0,1,2...) \)

其厚度d为

\( d=\frac{m}{|n_o-n_e|}\lambda \)

全波片产生2\( \pi \)整数倍的相位延迟，并不改变入射光的偏振态，一般用于应力仪，用来增大应力引起的光程差，使干涉色随内应力的变化变得灵敏，图1为全波片示意图。

 

 

2.半波片(λ/2波片)

半波片相位延迟\( \delta \)和相应波片厚度\( d \)为

\( \delta=(2m+1)\pi, \quad d=\frac{2m+1}{|n_o-n_e|}\times\frac{\lambda}{2} \)

半波片产生\( \pi \)奇数倍的相位延迟，图2为二分之一波片示意图。

线偏振光入射，则仍然是线偏振光出射，只是振动方向有所改变：若入射时振动方向与快轴（或慢轴）夹角为\( \theta \)，则出射时会向着那个轴转动\( 2\theta \)。圆偏振光入射，则出射光仍是圆偏振光，但旋向相反。

 

3.四分之一波片(λ/4波片)

它产生的相位延迟\( \delta \)和相应波片厚度\( d \)为

\( \delta=(2m+1)\frac{\pi}{2}, \quad d=\frac{2m+1}{|n_o-n_e|}\times\frac{\lambda}{4} \)

\( \)四分之一波片产生\( \pi/2 \)奇数倍的相位延迟。图3为四分之一波片示意图。

线偏振光入射，则出射光一般为椭圆偏振光。若是入射线偏振光的振动方向与快轴（或慢轴）成45°角时，出射光为圆偏振光；若是入射线偏振光的振动方向沿快轴（或慢轴），出射光仍为线偏振光。

圆偏振光入射，无论如何，出射光都是线偏振光。

椭圆偏振光入射，若椭圆的主轴（长轴或短轴）与波片的快轴（或慢轴）重合，则出射光是线偏振光；若以其他角度入射，则出射光仍是椭圆偏振光。

 

4.涡旋波片

涡旋波片在整个通光孔径上具有恒定延迟，但它的快轴在光学区域上陆续在旋转。涡旋波片可以将TEM00高斯光束转为拉盖尔-高斯光束。利用涡旋波片可以生成矢量偏振态涡旋光束：圆偏振光入射时，涡旋光束出射，且圆偏振态旋性相反；线偏振光入射时，矢量偏振态出射。图4为涡旋波片示意图。

 

波片的选用

需要注意的是，波片只对某一特定波长的入射光工作，且入射到波片上的必须是偏振光，自然光经过波片后仍是自然光。

对于波片的选用，第一时间，要确定所需的相位延迟量，二分之一，四分之一，还是特殊相位；其次，要确定波长和尺寸；最后，要确定波片的类型。

如果希望波片可以在较宽温度范围内和较宽波长范围内使用，则应该选择零级或者真零级波片。对于零级波片来说，胶合零级价格相对便宜，光胶零级和空气隙零级损伤阈值高。真零级波片的平行和波前畸变是最好的，用于特别重要的系统中。

如果对波长带宽和温度带宽没有要求，多级波片应该是性价比较高的选择。

如果需要超过100nm的波长带宽，则应该选择消色差波片。

顺利获得组合偏振片和波片可取得圆偏振光，图5为获取和检验圆偏振光的光路图。

设置两正交偏振片。将一片偏振片置于光路中，可以参考平台对准偏振片的透射轴，再将另一片偏振片置于光路中。转动任一偏振片，测量输出光源功率，调至功率最小处，此时两偏振片透射轴相互垂直，因为当两偏振片透射轴正交时，有最低透过率。

将四分之一波片插入两偏振片之间，找到波片的快/慢轴位置。转动波片至消光处，当线偏振方向对准波片某个轴时，波片将输出相同的偏振态，仍为线偏振光，只是有相位延迟，此时可确定偏振片透射轴与波片快轴或慢轴重合，再转动90°至光路输出功率为0处，找到波片另一轴。

取得圆偏振光。再将波片安装座转动45°，依据夹角的相对位置不同，即可取得左旋/右旋圆偏振光。

5. 光学补偿片（相位延迟器）

光学补偿片(相位延迟器)通常用在液晶元件和偏光板之间，除去液晶元件显示的图像中不想要的颜色。在某些情况下，光学补偿片也用于补偿影像颜色，扩大液晶元件的视角，其基本原理是将各种显示模式下液晶在各视角产生的相位差做修正，简言之，即是让液晶分子的双折射性质得到对称性的补偿。一般使用双折射薄膜作为光学补偿片。

在最近几年中，已经提出了使用具有由盘状液晶化合物在透明载体上形成的光学各向异性层的光学补偿片来代替拉伸的双折射薄膜。常见类型有“O-plate”、 “C-plate”，“A-plate”。

“O-plate”是一种光学延迟器，它使用一层正双折射（例如液晶）材料，其主光轴相对于该层的平面以斜角定向。

“A-plate”是一种使用单轴双折射材料层的光学延迟器，其e轴平行于层平面，其o轴（也称为“a 轴”）垂直于平面层，即平行于法向入射光的方向。

“C-plate”同样也是一种光学延迟器，它利用一层单轴双折射材料，其e轴（也称为“c 轴”）垂直于该层的平面，即垂直入射光的方向。
可使用包含具有倾斜或张开结构的液晶或介晶材料层的光学延迟膜作为“O-plate”延迟膜。可以使用单轴拉伸的聚合物薄膜(例如拉伸的聚乙烯醇(PVA)或聚碳酸酯(PC)薄膜)作为“A-plate”延迟膜；另外，“A-plate”延迟片可以包括具有平面取向的正双折射液晶或介晶材料层。可以使用单轴压缩聚合物薄膜作为负双折射“C-plate”延迟膜，负双折射“C-plate”也可以包括具有平面取向和负双折射的液晶或介晶材料层。

上述光学各向异性层通常是顺利获得如下步骤形成的，在取向薄膜上涂布含有盘状液晶化合物的盘状液晶组合物，在高于取向温度的温度下加热涂布材料，然后将取向的盘状液晶化合物分子固定。通常，盘状液晶化合物具有大的双折射率和多种取向结构。使用这样的盘状液晶化合物能够实现相关技术的延伸，取得双折射薄膜从未有的光学特性。另一方面，由于盘状液晶化合物具有多种取向结构，因此，为了产生期望的光学特性，必须适当地控制光学各向异性层中盘状液晶化合物的取向。

偏振分束器

不同于偏振棱镜利用双折射原理出射o光和e光，偏振分束器主要利用反射和折射原理，将入射的非偏振光分成两束线偏振的s光和p光。按照基本结构和原理的不同，偏振分束器可以分为偏振分束立方体和偏振平板分束镜。

1. 偏振分束立方

由菲涅尔公式可知，当入射和折射角相加为90°时，即满足以布儒斯特角入射，此时反射光中没有p分量，只有垂直于入射面振动的s波，此时s偏振光被反射，透射光是偏振度很高的部分偏振光（主要为p光），图6为偏振分束立方体示意图。

 

根据这一性质，可采用大折射率介质来提高反射光的反射比，以此取得反射s偏振光，透射p偏振光，从而分离s偏振光和p偏振光。偏振分束立方通常将两个直角棱镜的分界面顺利获得无环氧树脂的光学接触键合方法（光胶）粘合在一起，而非普通胶合，以此最大程度地减少吸收和散射损耗，提高激光损伤阈值。立方体每个表面都经过抛光，平整度高，极大减少波前畸变，并且镀有V型介质膜，减少光束在立方体表面的反射。

2.偏振平板分束镜

平板偏振分束镜同样可实现对s偏振光和 p 偏振光的分离或合并，但是其原理不同于偏振分束立方。顺利获得干涉效应实现对p光的高透射率。偏振平板分束镜通常以紫外熔融石英为基底，顺利获得离子束溅射在基底前表面镀有针对工作波长的窄带分束膜。入射角为45°时，分束膜可对s偏振给予高反射率，对p偏振光给予高透射率，实现对s偏振光和p偏振光的分离或合并，图7为偏振平板分束镜示意图。

 

除上述常见光学偏振元件外，还有广泛用于偏振敏感的系统和仪器中，将偏振光变成非偏振光的退偏器；在一定范围，能够产生陆续在改变相位差的补偿器；可将线性偏振光光矢量振动方向旋转45°，而不受输入偏振方向影响的法拉第隔离器等，如图8。