光学波片原理及种类
光的偏振现象和波片原理
光的偏振现象和波片原理光是一种电磁波，它具有波动性质。
当光波在传播过程中与物质发生相互作用时，会出现一些特殊的现象，其中之一就是偏振现象。
光的偏振是指光波中的电场振动方向的选择性。
而波片是一种用来调节和改变光的偏振状态的光学元件。
为了理解光的偏振现象和波片原理，我们首先需要了解光的电场振动方向。
光波是由电场和磁场交替变化产生的，其传播方向垂直于电场和磁场的振动方向。
光的电场振动方向可以是沿任意方向，但在大多数情况下，光波的电场振动方向是存在偏好的。
偏振现象最早被法国的菲涅耳发现，并由斯托克斯系统地研究和解释。
在实验中，菲涅耳发现光通过偏振片后，只有与偏振片的偏振方向相同的光能够通过，其它方向的光则会被偏振片所吸收或转换。
这种现象表明，光波在通过偏振片后，发生了偏振现象。
波片是一种用来调节和改变光的偏振状态的光学元件。
波片常见的类型有相位波片和偏振波片。
相位波片根据其相位延迟性质，可以将入射的偏振光分成两个具有不同相位延迟的成分。
而偏振波片是一种将非偏振光或特定偏振方向的光转换成特定偏振方向的光或正交偏振方向的光的元件。
其中最常见的偏振波片是四分之一波片和半波片。
四分之一波片可以将入射的线性偏振光转换成圆偏振光或反向转换。
半波片则可以将入射的线性偏振光转换成其正交方向的线性偏振光。
这些偏振波片在光学实验和仪器中起着至关重要的作用。
波片的原理基于光的波动性质和取向特性。
相位波片通过引入相位延迟来实现光的分解和干涉，而偏振波片通过分析光的振动方向和取向，来实现光的转换和选择性传输。
除了波片，光的偏振还与其他光学元件的结构和特性密切相关，如偏振镜和偏光片。
偏振镜是一种利用金属或金属薄膜的反射特性来实现偏振效果的光学元件。
偏光片则是一种使用分子结构对特定方向的光进行选择性吸收或散射的光学元件。
光的偏振现象和波片原理在光学、电子学、通信等领域都具有重要的应用。
在光学显微镜中，通过使用偏振器和偏振片，可以更清晰地观察样品细节。
光学波片的种类与特性
光学波片的种类与特性光学波片是一种具有特殊光学性质的光学器件，可以改变光的偏振状态或改变光的方向。
根据使用材料和工作原理的不同，光学波片可以分为多种类型并具有不同的特性。
1.偏振波片偏振波片是最常见的一种光学波片。
它可以将自然光转换为特定方向的偏振光。
最常见的偏振波片有线性偏振波片和圆偏振波片。
线性偏振波片将自然光转换为只有一个方向的线性偏振光，而圆偏振波片将自然光转换为只有一个旋转方向的圆偏振光。
偏振波片在光学仪器、图像显示和通信设备等领域广泛应用。
2.亮度增强波片亮度增强波片是一种将光的亮度增强的光学波片。
它可以将入射光的亮度增加数倍，并调节光的方向。
亮度增强波片在照明、投影仪和激光器等高亮度显示设备中被广泛使用。
3.相位补偿波片相位补偿波片是一种用于纠正光学系统中的相位差的光学波片。
通过改变光程，相位补偿波片可以修正干涉、衍射等光学效应引起的相位差，从而提高系统的分辨率和成像质量。
相位补偿波片在近视眼镜、近红外成像和激光器中被广泛应用。
4.变焦波片变焦波片是一种具有可调节聚焦距离的光学波片。
它可以通过改变波片中的电压或施加外界力来控制光的聚焦距离。
变焦波片在光学显微镜、激光打印机和照相机等设备中被广泛使用。
5.偏转和旋转波片偏转和旋转波片是一种将光的传播方向或旋转方向改变的光学波片。
它可以将入射光线偏转一定角度或旋转光的偏振状态。
偏转和旋转波片在光学测量、光通信和光学仪器中被广泛应用。
6.滤光片滤光片是一种使特定波长的光通过而阻挡其他波长光的光学波片。
它可以选择性地透过或阻挡特定光谱范围内的光。
滤光片在光学仪器、光学传感器和光学通信设备等领域中具有重要应用。
总结起来，光学波片有偏振波片、亮度增强波片、相位补偿波片、变焦波片、偏转和旋转波片以及滤光片等种类。
它们在光学系统中起到了改变光的偏振状态、增强亮度、修正相位差、调节聚焦距离、改变光的传播方向或旋转方向以及选择性透过或阻挡特定波长光的作用。
光学
光波的偏振态是由正交振动的振幅比和相位差决定。
波片，又称为相位延迟片，它是由双折射的材料加工而成。
它使通过波片的两个互相正交的偏振分量产生相位偏移，可用来调整光束的偏振状态。
常见的波片由石英晶体制作而成，主要为二分之一波片和四分之一波片。
订购波片时，需要指出波长，相位，口径和具体波片类型（零级或者多级）。
半波片线偏振光通过二分之一波片后，仍为线偏振光，但是，其合振动的振动面与入射线偏振光的振动面转过2θ。
若θ=45°，则出射光的振动面与原入射光的振动面垂直，也就是说，当θ=45°时，二分之一波片可以使偏振态旋转90°。
二分之一波片还可以和PBS配合使用，旋转二分之一波片，我们可以实现可变分光比的一个分光棱镜。
线偏振光经过后仍是线偏振光，偏振方向转过2δ；圆偏振光入射时，出射是旋向相反的圆偏振光。
四分之一波片偏振光的入射振动面与波片光轴的夹角θ为45°时，通过四分之一波片的光为圆偏振光，反之，当圆偏振光经过四分之一波片后，则变为线偏振光。
当光两次通过四分之一波片时，作用相当于一个二分之一波片。
四分之一波片还可以和PBS配合使用，实现光隔离器的作用。
线偏振光偏振方向与其呈（不是）45度时，出射光是（椭）圆偏振光；（椭）圆偏振光通过后，出射光是线偏振光，偏振方向与光轴呈（不是）45度。
光轴在晶体里有一个或两个特定的方向，当普通光顺着这方向传播时并不会产生双折射，这方向称之为光轴。
在晶体的界面上，与光轴平行的方向称为快轴，与光轴垂直的方向则称为慢轴。
偏振分光棱镜PBS （Polarizing Cube Beam Splitters）把处于随机偏振态的光分束为两相互正交的线偏振光。
S光90deg反射P光透射。
光的双折射AOM线宽：激光起振后,会有一个或多个纵模产生,每个纵模的频率的范围就是激光的线宽。
注意每个纵模的频率宽度和纵模之间的间隔是两个不同的概念,纵模间隔是相邻两个纵模中心频率的差值。
光纤通信-波片介绍
∆ = d(ne − no )
波片
光程差与晶体的厚度有关： 光程差与晶体的厚度有关：
kλ
全波片
∆ = d(ne − no ) =
(2k +1) (2k +1)
λ
2
波片
线偏振光与波片光轴的夹角为α入射，通过 波 线偏振光与波片光轴的夹角为 入射，通过1/2波 入射 片后，仍为线偏振光，其振动方向转过2α角度 角度。 片后，仍为线偏振光，其振动方向转过 角度。
波片
波片——相位延迟片 ， 是利用晶体的 双折射 原理 相位延迟片， 是利用晶体的双折射 双折射原理 波片 相位延迟片 来改变光的偏振状态。 来改变光的偏振状态。
透过方解石（ 看到的双像是因为折射光分成两束。 透过方解石（CaCO3）看到的双像是因为折射光分成两束。
波片：光轴平行表面的晶体薄片。 波片：光轴平行表面的晶体薄片。
当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴的晶片时， 当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴的晶片时， 若其振动面与晶片的光轴成a 若其振动面与晶片的光轴成a角，该线偏振光将分为e 光、 该线偏振光将分为e 光两部分，它们的传播方向一致， o 光两部分，它们的传播方向一致，但在晶体中传播速度 不同，因而产生光程差: 不同，因而产生光程差:
1/4波片 1/4波片 从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反） 从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）
α=
α = 0,
π
4
—— 线偏振光 —— 线偏振光
圆偏振光 线偏振光 椭圆偏振
π
2
α ≠ 0 ， —— 线偏振光 ， 4 2 光
π π
光学波片原理及类
光学波片原理及类————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：光波可具有不同偏振态，实际工作中经常需要改变光波的偏振态或检测光波的偏振态。
由于光波的偏振态是由其正交振动的振幅比与相位差所决定，因此改变这两个参量，就可以改变光波的偏振态。
利用光通过晶体，聚合物或液晶可以改变入射光的相位差的特点而制作的一类光学器件，我们称之为波片，或相位延迟器（retarder）。
波片的类型：波片按结构来分，有多级波片（multiple-order wave plate），胶合零级波片或称复合波片（compound zero-order wave plate）及真零级波片（true zero-order）。
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，性能大大由于其他两种波片。
但真零级波片往往非常的薄，以石英为例，其在可见光部分双折射系数约为~0.0092。
一个550nm为中心波长的真零级石英波片其厚度只有15um。
如此薄的波片在制造和使用上都会遇到不少困难。
多级波片的厚度等于多个全波厚度（n×waves）加一个所需延迟量厚度。
多级波片相对比较容易制造，缺点是其对波长，温度，入射角均很敏感。
胶合零级波片（复合波片）是将两个多级波片胶合在一起。
通过将一个波片的快轴和另一个波片的慢轴对准以消除全波光程差，仅留下所需的光程差。
胶合波片可以在一定程度上改善温度对波片的影响，但另一个结果是其增加了波片延迟量对入射角度及波长的敏感性。
波片按材料分，常见的有各种晶体波片，和聚合物波片，液晶波片。
常用的晶体包括云母，方解石，石英等。
如前所述，石英因为双折射系数过大，一般只适合做多级或胶合零级波片。
云母可以被很精细的劈开的天然晶体，可以用来做真零级波片。
但云母波片的缺点是口径一般比较小，整个平面的均一性比较差，并且长时间使用的光学质量及可靠性也比较差。
多级波片和零级波片
多级波片和零级波片多级波片是一种光学器件，用于改变和调整光波的偏振状态。
在许多光学系统中，通过使用多级波片可以实现对光波的精确控制，从而达到预期的光学效果。
与之相对应的是零级波片，它是一种特殊的多级波片，具有更高的精密度和稳定性。
一、多级波片的原理及应用多级波片的原理是利用高度定向的晶体材料对光的偏振状态进行调整。
当线偏振光经过多级波片时，其振动方向可能会发生变化，从而改变光波的偏振方向。
这对于某些光学应用来说是非常关键的，例如激光器、干涉仪和显微镜等。
多级波片可按其材料分为几种类型，其中常见的包括石英波片、锂钽酸锂波片和锂钽酸铌波片等。
它们分别具有不同的性能和适用范围。
多级波片还可以根据其对光波的处理方式进行分类，例如全波片、半波片和四分之一波片等。
多级波片在许多领域都有广泛的应用。
在激光器中，多级波片可以用来优化激光光束的偏振状态，从而提高激光器的性能和稳定性。
在干涉仪中，多级波片可以用来调整干涉图案的对比度和清晰度。
在显微镜中，多级波片可以用来控制样品光的偏振状态，以增强显微图像的清晰度和对比度。
二、零级波片的特点和优势零级波片是一种特殊的多级波片，它具有更高的精密度和稳定性。
与其他类型的多级波片相比，零级波片可以提供更准确和一致的偏振转换效果。
这使得零级波片在需要高度精确的光学控制的应用中非常有价值。
零级波片通常采用优质的晶体材料制成，具有较低的光学损耗和较高的透光率。
它们还具有优异的热稳定性和机械稳定性，可以在各种环境条件下保持较高的性能和可靠性。
这使得零级波片适用于一些对精确偏振转换要求较高的应用，如高分辨率成像和光学通信等领域。
三、多级波片和零级波片的选择与应用在选择多级波片或零级波片时，需要考虑系统的需求和应用的具体要求。
如果需要更高的精度和稳定性，以及对光学性能要求更高的应用，零级波片可能是一个更好的选择。
而对于一些一般应用来说，多级波片可能能够满足需求，而且价格也相对更经济。
波片 标准
波片标准波片是一种能使互相垂直的两个偏振态产生附加光程差（或相位差）的光学器件，通常由具有精确厚度的石英、方解石或云母等双折射晶片做成，其光轴与晶片表面平行。
波片能使入射光的偏振态发生改变，进而实现光束的偏振态调控，在光学实验和光学应用中具有重要作用。
一、波片的种类和特点根据不同的特点和应用需求，波片可以分成不同的类型。
1.按材料分类根据制作材料的不同，波片可以分为石英波片、方解石波片、云母波片等。
其中，石英波片具有较高的双折射率，能够实现较大的光程差，且具有较高的温度稳定性；方解石波片和云母波片则具有较高的透光性和机械强度。
2.按偏振方向分类根据偏振方向的不同，波片可以分为零级波片和多级波片。
零级波片是指在入射光的两个偏振分量之间引入特定相移（如1/4波片的π/2或半波板的π）的波片，不引入任何额外的相移。
多级波片则能够产生多个偏振态，常用于光学干涉和光学测量等领域。
3.按厚度分类根据厚度的不同，波片可以分为真零级波片和假零级波片。
真零级波片是指材料的厚度很薄，直接产生所需相位延迟量，具有较低的延迟量的波长敏感度、较高的温度稳定性和接受有效角度大等优点。
假零级波片则是指通过切割晶体获得所需厚度的波片，虽然厚度相同，但因为切割方向不同导致双折射率不同，需要经过复杂的计算才能得到正确的厚度值。
二、标准零级波片的特点和应用标准零级波片是指符合特定标准的零级波片，具有以下特点：1．具有平坦的透射谱和较宽的光谱范围，可以实现宽波段的光学调控。
2．具有高透光性、高反射性和高稳定性等特点，可以保证光学实验和应用的准确性和可靠性。
3．具有高精度的厚度控制和制作工艺，可以保证相位延迟量的准确性和一致性。
4．具有较低的偏振失真和非线性光学效应等优点，可以保证光学信号的质量和稳定性。
标准零级波片被广泛应用于光学干涉、光学测量、光学通信、光学信息处理等领域。
例如，在激光器中应用零级波片可以实现激光的偏振态调控和激光干涉仪的搭建；在光学测量中应用零级波片可以实现光学表面的形貌测量和光学元件的加工；在光学通信中应用零级波片可以实现光信号的调制和解调；在光学信息处理中应用零级波片可以实现光信号的处理和计算。
光学波片的种类与特性
光学波片的种类与特性光学波片（即相位延迟器）是偏振光学中非常重要的一种器件, 它能使互相垂直的两光振动间产生附加相位差，进而改变光波的偏振态，在光纤通信、光纤传感、光弹力学、光学精密测量等领域都有着非常广泛的应用。
偏振态是光波的一个重要的特征参量，在实际工作中经常需要改变光波的偏振态。
由于光波的偏振态是由其正交振动的振幅比与相位差所决定的，因此我们利用波片来改变这两个参量，就可以达到改变光波偏振态的目的。
最常用的光学波片有入/4波片和X/2波片两种。
X/4波片主要用来将线偏振光转换成圆偏振光（线偏振光的偏振方向与波片的光轴成45。
角入射时）和椭圆偏振光（线偏振光的偏振方向与波片的光轴不成45。
角入射时），或将圆偏振光和椭圆偏振光转换成线偏振光。
X/2波片常用作线偏振光的偏振方向旋转器（与X/2波片的光轴成e角入射的线偏振光经过波片后偏振方向会旋转26）o目前使用比较广泛的光学波片主要有块状波片和光纤波片两大类，它们都具有各自不同的特性，本文对其分别进行介绍。
二、块状波片块状波片是由双折射材料经过切割、抛光、镀膜等复杂的工艺流程而制成的薄片，其光轴与波片表面平行。
当线偏振光垂直入射到波片，且振动方向与波片的光轴夹e角（8H0）时，入射的光振动会分解成垂直于光轴（o光）和平行于光轴（e光）两个分量，它们沿同一方向传播，但传播速度不同，穿出波片后两束光间会产生的光程差（其中d为波片厚度，no和ne分别为o光和e光的折射率），换算成相位差为（其中入为入射光的波长）。
两束光合成后的偏振态一般为椭圆偏振，当（k 为整数）时的波片为入/2波片，两束光合成为线偏振光，当（k为整数）时的波片为入/4波片，两束光合成为圆偏振光或椭圆偏振光。
块状波片按结构来分，有真零级波片，多级波片，胶合零级波片（复合波片）及消色差波片。
真零级波片延迟量的波长和温度稳定性高。
以Meadowlark公司的真零级入/2波片为例，当工作波长偏离中心波长2/20时，其相位延迟量的变化仅为16.2度。
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光学波片原理及种类
光波可具有不同偏振态，实际工作中经常需要改变光波的偏振态或检测光波的偏振态。
由于光波的偏振态是由其正交振动的振幅比与相位差所决定，因此改变这两个参量，就可以改变光波的偏振态。
利用光通过晶体，聚合物或液晶可以改变入射光的相位差的特片而制作的一类光学器件，我们称之为波片，或相位延迟器（retarder）。
波片的类型：
波片按结构来分，有多级波片（mulTIple-order wave plate），胶合零级波片或称复合波片（compound zero-order wave plate）及真零级波片（true zero-order）。
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，性能大大由于其他两种波片。
但真零级波片往往非常的薄，以石英为例，其在可见光部分双折射系数约为~0.0092。
一个550nm为中心波长的真零级石英波片其厚度只有15um。
如此薄的波片在制造和使用上都会遇到不少困难。