各种偏振光经过1/2与1/4波片后偏振态的变化

各种偏振光经过1/2与1/4波片后偏振态的变化

偏振光经过波片后的偏振态变化是光学领域的重要研究内容。本文详细介绍了波片的工作原理、分类以及不同类型的波片在实际应用中的表现。通过理论解释、表格数据和示意图，帮助读者全面了解偏振光与波片相互作用的规律。

波片原理

波片也称为相位延迟片，是一种常见的偏光器件，也是较基本的光相位调制器。其工作原理是基于晶体的双折射现象，以单轴晶体为例，入射光在波片中分解成沿原方向传播但振动方向相互垂直的o光和e光，两光折射率不同，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，光速更快，而慢轴的折射率更高，光速较慢。需要指出的是，对于负晶体，e光比o光速度快，因此快轴在e光光矢量方向，即光轴方向，o光光矢量方向为慢轴；正晶体恰好相反。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，从而改变光偏振态。

入射光通过不同类别参数波片时的出射光不同，可有线偏振光、椭圆偏振光、圆形偏振光等，出射光的偏振态由入射光的偏振态、和光轴的夹角以及通过波片后产生的相位差共同决定。波片同其他偏光器件，如偏振片、偏光棱镜、偏光分束镜、退偏器等相配合，可以实现光的各种偏振态之间的相互转换、偏振面的旋转以及各类光波的调制。

波片分类

波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行，根据波片产生的相位延迟量不同，波片分为全波片、半波片（或1/2波片）、1/4波片，后两者较为常见。

1. 全波片

全波片产生2π整数倍的相位延迟，故不改变入射光的偏振态。全波片一般用于应力仪中，以增大应力引起的光程差值，使干涉色随应力变化变得灵敏。

2. 1/2波片

1/2波片产生π奇数倍的相位延迟，各种偏振光经过1/2波片后偏振态变化情况如表所示。可作为连续调整的偏振旋转器。另外，1/2波片和偏振分束器配合使用，可用作可变比例的分束器。

入射线偏振光经半波片后光矢量的方位

3. 1/4波片

1/4波片产生π/2奇数倍的相位延迟，各种偏振光经过1/4波片后偏振态变化情况如表所示。可用于光隔离器、光学泵浦和电光调制器。

按波片结构来分

有多级波片（multiple-order waveplate），胶合零级波片或称复合波片（compound zero-order waveplate）及真零级波片（true zero-order waveplate）。

真零级波片，只有一个所需延迟量厚度，因此厚度很薄，大概在十几至几十um。

多级波片，多个全波厚度加一个所需延迟量厚度。

胶合零级波片，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用于消除全波光程差，而把所需要的光程差留下。

按材料来分

常见的有各种晶体波片、聚合物波片、液晶波片。常用的晶体包括云母、方解石、石英等。