波片

光学器件

波片是能使互相垂直的两光振动间产生附加光程差（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。以线偏振光垂直入射到晶片，其振动方向与晶片光轴夹 θ 角（ θ≠0、），入射的光振动分解成垂直于光轴（o 振动）和平行于光轴（e振动）两个分量，它们对应晶片中的 o光和e光（见双折射）。

简介

晶片中的o光和e光沿同一方向传播，但传播速度不同(折射率不同) ，穿出晶片后两种光间产生 (n0－ ne)d光程差（见光程），d为晶片厚度，n0和ne为o光和e光的折射率，两垂直振动间的相位差为Δj=2π（n0－ne） d/λ。两振动一般合成为椭圆偏振（见光的偏振）。Δj=kπ（k为整数）时合成为线偏振光；Δj=（2k+1）π/2，且θ=45°时合成为圆偏振光。凡能使o光和 e光产生λ/4附加光程差的波片称为四分之一波片。若以线偏振光入射到四分之一波片，且θ=45°，则穿出波片的光为圆偏振光；反之，圆偏振光通过四分之一波片后变为线偏振光。凡能使o光和e光产生λ /2附加光程差的波片称为二分之一波片。线偏振光穿过二分之一波片后仍为线偏振光，只是一般情况下振动方向要转过一角度。光程差可任意调节的波片称补偿器，补偿器常与起偏器结合使用以检验光的偏振状态。

波片的类型

按结构分

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，性能大大优于其他两种波片。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四分之一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。

按材料分

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。

其他说明

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。

相比石英而言，聚合物材料的双折射系数比较小，所以更适合制造真零级波片，尤其是在可见波段。各种聚合物在不同波段的色散程度不同，所以对不同应用要考虑用不同类型的聚合物。