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波片:光學領域中的相位調控利器

2024-06-06 派大星

波片,也稱為相位延遲片,是一種重要的光學器件,其主要作用是在互相垂直的兩光振動間產生附加的光程差或相位差。


波片:光學領域中的相位調控利器

1. 波片的基本原理

光程差產生:波片通常由具有精確厚度的石英、方解石或云母等雙折射晶片制成,其光軸與晶片表面平行。當線偏振光垂直入射到晶片時,其振動方向與晶片光軸夾角θ(θ≠0),入射的光振動會分解成垂直于光軸(o振動)和平行于光軸(e振動)兩個分量,它們分別對應晶片中的o光和e光。

相位差計算:o光和e光沿同一方向傳播,但傳播速度不同(折射率不同),因此穿出晶片后兩種光間會產生(n0-ne)d光程差,其中d為晶片厚度,n0和ne為o光和e光的折射率。兩垂直振動間的相位差Δj=2π(n0-ne)d/λ。

2. 波片的分類

按光程差分類:

四分之一波片:能使o光和e光產生λ/4附加光程差的波片。當線偏振光以45°角入射到四分之一波片時,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為線偏振光。

二分之一波片:能使o光和e光產生λ/2附加光程差的波片。線偏振光穿過二分之一波片后仍為線偏振光,但振動方向會轉過一角度。


按結構分類:

多級波片:厚度等于多個全波厚度加一個所需延遲量厚度。

膠合零級波片(復合波片):兩個多級波片膠合在一起,通過消除全波光程差僅留下所需的光程差。

真零級波片:延遲量的波長敏感度低,溫度穩定性高,接受有效角度大,性能優異但制造和使用難度大。

3. 波片的應用場景

光通信領域:提高光信號傳輸距離和質量。

激光器領域:控制和穩定激光輸出波長和波形。

光學傳感領域:作為光譜分析儀、氣體檢測儀、溫度檢測儀等測量裝置中的核心元器件。

光電子學領域:作為光電調制器、天線、濾波器、振蕩器等組件,廣泛應用于高速光通信、雷達探測、生命科學等領域。

4. 波片的優勢

快速響應速度:響應時間在納秒級別。

高靈敏度和高穩定性:對于不同信號波長具有高靈敏度和高穩定性。

無極性控制:可以無極性控制信號的強度和相位。

集成度高:可集成化組裝、直接封裝或集成在光子集成電路中。

綜上所述,波片在光學領域中發揮著重要的作用,其獨特的性質使其在各種應用場景中都具有廣泛的應用前景。


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