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太赫兹波片的原理

发布日期:2019-12-03

波片工作原理

光学波片的工作原理基于双折射现象。双折射材料在快慢两个正交主轴的折射率不同,使得沿波片两轴传播的光速也不同。波片快轴方向的折射率较低,从而导致光速更快,而慢轴的折射率更高,光速较慢。当光通过波片时,速度差将使两个正交偏振分量之间产生相位差。实际产生的相位差是由材料特性、波片厚度和信号波长决定的,可以描述为:


其中n1为慢轴折射率,n2为正交的快轴折射率,d为波片厚度,λ为信号波长。

波片有λ/4或λ/2两种典型延迟,分别代表引入1/4波长和1/2波长的相位差。

半波片

如上所述,一个波片具有两个主轴:快轴和慢轴。两轴上的折射率不同,因此光速也不同。当线偏振光入射于半波片,并且偏振方向不与快轴或慢轴重合时,出射光仍是线偏振光,但偏振面相对于入射光发生了旋转(见下图)。当圆偏振光入射时,顺时针(逆时针)圆偏振光将会转化为逆时针(顺时针)圆偏振光半波(λ/2)片通常用于旋转偏振方向。当安装到旋转安装座上时,一个λ/2波片可作为连续调整的偏振旋转器,如下图所示。此外,当和偏振分束器配合使用时,可以用作可变比例的分束器。出射光和入射光的偏振方向的夹角变为入射光的偏振方向与波片主轴夹角的两倍(见右下图)。当入射光的偏振方向与快轴或慢轴重合时,偏振方向保持不变。

beam diagram Half-Wave plate diagram

四分之一波片

四分之一波片使得快轴和慢轴之间产生四分之一波长(λ/4)的相位差。当偏振面与波片的主平面成45度的线偏振光入射时,出射光将变成圆偏振光(见右图)。如果线偏振光的偏振面与主平面的夹角不是45°时,则输出椭圆偏振光。反过来,圆偏振光通过λ/4波片将变成线偏振光。λ/4波片常用于光隔离器、光学泵浦和电光调制器。