概述
偏振光学器件用于改变入射辐射的偏振状态。我们的偏振光学器件包括偏振器、波片/延迟器、消偏器、法拉第旋转器以及紫外、可见或红外光谱范围内的光学隔离器。
波片，也称为延迟器，可传输光并改变其偏振状态，而不会衰减、偏离或移动光束。他们通过延迟（或延迟）偏振的一个分量相对于其正交分量来实现这一点。波片是一种具有两个主轴（慢轴和快轴）的光学元件，可将入射偏振光束分解为两个相互垂直的偏振光束。出现的光束重新组合形成特定的单偏振光束。波片产生全波、半波和四分之一波的延迟。它们也称为延迟器或延迟板。在非偏振光中，波片相当于窗户——它们都是光通过的平面光学元件。
⊙四分之一波片：当线偏振光以与四分之一波片轴成45度角输入时，输出为圆偏振，反之亦然。
⊙半波片：半波片将线偏振光旋转到任何所需的方向。旋转角度是入射偏振光与光轴夹角的两倍。
激光零级空距四分之一波片
激光零级空距半波片
波片非常适合控制和分析光的偏振状态。它们有三种主要类型：零级、多级和消色差，每种类型都具有独特的优点，具体取决于当前的应用。无论光学系统多么简单或复杂，对关键术语和规格的深刻理解都有助于选择正确的波片。
术语和规范
⊙双折射：波片由双折射材料制成，最常见的是水晶石英。双折射材料对于不同方向偏振的光具有稍微不同的折射率。因此，它们将入射的非偏振光分成平行和正交分量，如下图所示。
双折射方解石晶体分离非偏振光
⊙快轴和慢轴：沿快轴偏振的光遇到的折射率较低，并且比沿慢轴偏振的光更快地穿过波片。快轴由未安装的波片的快轴直径上的小平点或圆点或已安装的波片的电池座上的标记来指示。
⊙延迟：延迟描述了沿快轴投影的偏振分量与沿慢轴投影的分量之间的相移。延迟以度、波或纳米为单位。一整波延迟相当于 360°，或感兴趣波长处的纳米数。延迟容差通常以度、全波的自然分数或小数分数或纳米来表示。典型延迟规格和公差的示例为：λ/4 ± λ/300、λ/2 ± 0.003λ、λ/2 ± 1°、430nm ± 2nm。
最常用的延迟值是 λ/4、λ/2 和 1λ，但其他值在某些应用中也可能有用。例如，棱镜的内反射会导致组件之间发生相移，这可能会带来麻烦；补偿波片可以恢复所需的偏振。
⊙多阶：在多阶波片中，总延迟是所需延迟加上整数。多余的整数部分对性能没有影响，就像今天显示中午的时钟与一周后显示中午的时钟看起来一样 - 尽管添加了时间，但它看起来仍然相同。尽管多阶波片仅使用单一双折射材料设计，但它们可以相对较厚，从而简化了处理和系统集成。然而，高厚度使得多阶波片更容易受到波长偏移或环境温度变化引起的延迟偏移的影响。
⊙零级：零级波片的设计目的是提供零全波的延迟，没有多余的延迟，加上所需的分数。例如，零级石英波片由两个轴交叉的多级石英波片组成，因此有效延迟就是它们之间的差值。标准零级波片也称为复合零级波片，由多个相同双折射材料的波片组成，这些波片的位置垂直于光轴。层叠多个波片可平衡各个波片中发生的延迟偏移，从而提高对波长偏移和环境温度变化的延迟稳定性。标准零级波片不能改善由不同入射角引起的延迟偏移。真正的零级波片由单一双折射材料组成，该材料已被加工成厚度可能只有几微米的超薄板，以便在零级时实现特定水平的延迟。虽然板的厚度可能使处理或安装波片变得更加困难，但真正的零级波片提供了比其他波片更好的针对波长偏移、环境温度变化和不同入射角的延迟稳定性。零级波片表现出比多级波片更好的性能。它们表现出更宽的带宽以及对温度和波长变化的更低敏感性，应考虑用于更关键的应用。
⊙消色差：消色差波片由两种不同的材料组成，实际上可以消除色散。标准消色差透镜由两种类型的玻璃制成，它们相匹配以实现所需的焦距，同时最大限度地减少或消除色差。消色差波片的工作原理相同。例如，消色差波片由水晶石英和氟化镁制成，可在宽光谱带上实现几乎恒定的延迟。
⊙超级消色差：超级消色差波片是一种特殊类型的消色差波片，用于消除更宽波段的色散。许多超消色差波片可用于可见光谱以及近红外区域，其均匀性与典型消色差波片接近相同（如果不是更好的话）。典型的消色差波片由特定厚度的石英和氟化镁制成，而超级消色差波片则使用额外的蓝宝石基板以及石英和氟化镁。所有三个基板的厚度均经过策略性确定，以消除较长波长范围的色散。
偏光片选择指南
⊙多阶波片
低（多）阶波片设计用于提供几个全波的延迟，加上所需的分数。这样就形成了具有所需性能的单一、物理坚固的组件。它由一块水晶石英板（通常厚度为 0.5 毫米）组成。即使波长或温度的微小变化也会导致所需分数延迟的显着变化。多阶波片价格较低，可用于许多对提高灵敏度并不重要的应用。它们是在气候控制环境中与单色光一起使用的不错选择，它们通常在实验室中与激光器结合使用。相比之下，矿物学等应用则利用多阶波片固有的色移（延迟与波长变化）。
多阶半波片
多阶四分之一波片
传统晶体石英波片的替代品是聚合物延迟膜。这种薄膜有多种尺寸和延迟可供选择，而且价格仅为晶体波片的一小部分。薄膜延迟器在灵活性方面优于晶体石英应用。它们的薄聚合物设计可以轻松地将薄膜切割成所需的形状和尺寸。这些薄膜非常适合使用 LCD 和光纤的应用。聚合物相位差膜也有消色差版本。然而，这种薄膜的损伤阈值较低，不应该与激光等高功率光源一起使用。此外，它的使用仅限于可见光谱，因此紫外、近红外或红外应用需要替代方案。
多阶波片意味着除了分数设计延迟之外，光路的延迟还将经历一定数量的全波长偏移。多级波片的厚度一般在0.5mm左右。与零级波片相比，多级波片对波长和温度变化更敏感。然而，它们价格较低，并且广泛用于许多对提高灵敏度并不重要的应用中。
⊙零级波片
由于它们的总延迟仅占多级波片的一小部分，因此零级波片的延迟相对于温度和波长变化要稳定得多。在需要更高稳定性或需要更大温度偏移的情况下，零级波片是理想的选择。应用示例包括观察加宽的光谱波长，或使用现场使用的仪器进行测量。
零级半波片
零级四分之一波片
- 粘合零级波片由两块快轴交叉的石英板构成，两块板用 UV 环氧树脂粘合。两块板之间的厚度差异决定了延迟。与多级波片相比，零级波片对温度和波长变化的依赖性要低得多。
- 光接触零级波片由两片快轴交叉的石英片构成，两片片采用光接触方式构成，光路不含环氧树脂。
- 空气间隔零级波片由安装在底座中的两个石英板构成，在两个石英板之间形成空气间隙。
- 真正的零级石英板是由非常薄的单个石英板制成的。它们可以单独作为单板提供，用于高损伤阈值应用（大于 1 GW/cm2），也可以作为 BK7 基板上的粘合薄石英板提供强度，以解决容易损坏的问题。
- 零级双波长波片可以同时在两个波长（基波波长和二次谐波波长）上提供特定的延迟。当与其他偏振敏感元件结合使用以分离不同波长的同轴激光束时，双波长波片特别有用。零级双波长波片广泛应用于飞秒激光器中。
- 与胶合真零级波片相比，电信波片只是一块石英片。主要用于光纤通信。电信波片是薄而紧凑的波片，专为满足光纤通信组件的苛刻要求而设计。半波片可用于旋转偏振状态，而四分之一波片可用于将线偏振光转换为圆偏振状态，反之亦然。半波片厚度约为91μm，四分之一波片始终不是1/4波而是3/4波，厚度约为137μm。这些超薄波片确保了最佳的温度带宽、角度带宽和波长带宽。这些波片的小尺寸也使其成为减小设计整体封装尺寸的理想选择。我们可以根据您的要求提供定制尺寸。
- 中红外零级波片由两片快轴交叉的氟化镁（MgF2）片构成，两片片采用光学接触方式构成，光路不含环氧树脂。两块板之间的厚度差异决定了延迟。中红外零级波片广泛应用于红外应用，最适合 2.5-6.0 微米范围。
⊙消色差波片
消色差波片与零级波片类似，只是两片波片由不同的双折射晶体制成。由于两种材料的补偿，消色差波片甚至比零级波片更恒定。消色差波片与零级波片类似，只是两块波片由不同的双折射晶体制成。由于两种材料的双折射色散不同，因此可以在较宽的波长范围内指定延迟值。因此延迟对波长变化不太敏感。如果情况涵盖多个光谱波长或整个波段（例如从紫色到红色），消色差波片是理想的选择。
近红外消色差波片
短波红外消色差波片
可见光消色差波片
⊙超级消色差波片
超消色差波片与消色差波片类似，但在超宽带波长范围内提供平坦的延迟。普通消色差波片由一块石英片和一块氟化镁片组成，波长范围只有几百纳米。我们的超消色差波片由石英、氟化镁和蓝宝石三种材料制成，可以在更广泛的波长范围内提供平坦的延迟。
⊙菲涅耳菱形相位延迟器
菲涅尔菱形延迟器利用棱镜结构内特定角度的内反射来赋予入射偏振光延迟。与消色差波片一样，它们可以在很宽的波长范围内提供均匀的延迟。由于菲涅尔菱形延迟片的延迟仅取决于材料的折射率和几何形状，因此波长范围比双折射晶体制成的消色差波片更宽。单菲涅耳菱形延迟片产生 λ/4 的相位延迟，输出光与输入光平行，但横向位移；双菲涅耳菱形延迟器产生 λ/2 的相位延迟，它由两个单菲涅尔菱形延迟器组成。我们提供标准 BK7 菲涅尔菱形延迟器，其他材料如 ZnSe 和 CaF2 可根据要求提供。这些延迟器针对二极管和光纤应用进行了优化。由于菲涅尔菱形延迟器基于全内反射起作用，因此它们可用于宽带或消色差用途。
菲涅耳菱形相位延迟器
⊙晶体石英偏振旋转器
晶体石英偏振旋转器是石英单晶，可旋转入射光的偏振，而与旋转器和光的偏振之间的排列无关。由于天然石英晶体的旋转活性，它也可以用作偏振旋转器，使输入的线偏振光束的平面以石英晶体的厚度决定的特定角度旋转。我们现在可以提供左手和右手旋转器。由于晶体石英偏振旋转器将偏振平面旋转特定角度，因此是波片的绝佳替代品，可用于沿光轴旋转光的整个偏振，而不仅仅是光的单个分量。入射光的传播方向必须垂直于旋转器。
Paralight Optics提供消色差波片、超消色差波片、胶结零级波片、光接触零级波片、气隙零级波片、真零级波片、单板高功率波片、多级波片、双波长波片、零级双波长波片、电信波片、中红外零级波片、菲涅尔菱形延迟器、波片环支架和石英偏振旋转器。
波片
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