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波片:光學(xué)領(lǐng)域中的相位調(diào)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(xué)器件,其主要作用是在互相垂直的兩光振動(dòng)間產(chǎn)生附加的光程差或相位差。


波片:光學(xué)領(lǐng)域中的相位調(diào)控利器

1. 波片的基本原理

光程差產(chǎn)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(dāng)線偏振光垂直入射到晶片時(shí),其振動(dòng)方向與晶片光軸夾角θ(θ≠0),入射的光振動(dòng)會分解成垂直于光軸(o振動(dòng))和平行于光軸(e振動(dòng))兩個(gè)分量,它們分別對應(yīng)晶片中的o光和e光。

相位差計(jì)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(chǎn)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(dòng)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(chǎn)生λ/4附加光程差的波片。當(dāng)線偏振光以45°角入射到四分之一波片時(shí),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?yōu)榫€偏振光。

二分之一波片:能使o光和e光產(chǎn)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(dòng)方向會轉(zhuǎn)過一角度。


按結(jié)構(gòu)分類:

多級波片:厚度等于多個(gè)全波厚度加一個(gè)所需延遲量厚度。

膠合零級波片(復(fù)合波片):兩個(gè)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(wěn)定性高,接受有效角度大,性能優(yōu)異但制造和使用難度大。

3. 波片的應(yīng)用場景

光通信領(lǐng)域:提高光信號傳輸距離和質(zhì)量。

激光器領(lǐng)域:控制和穩(wěn)定激光輸出波長和波形。

光學(xué)傳感領(lǐng)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(xué)領(lǐng)域:作為光電調(diào)制器、天線、濾波器、振蕩器等組件,廣泛應(yīng)用于高速光通信、雷達(dá)探測、生命科學(xué)等領(lǐng)域。

4. 波片的優(yōu)勢

快速響應(yīng)速度:響應(yīng)時(shí)間在納秒級別。

高靈敏度和高穩(wěn)定性:對于不同信號波長具有高靈敏度和高穩(wěn)定性。

無極性控制:可以無極性控制信號的強(qiáng)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(xué)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用,其獨(dú)特的性質(zhì)使其在各種應(yīng)用場景中都具有廣泛的應(yīng)用前景。


標(biāo)簽: 波片 相位延遲片
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