光学波片原理及种类

光波可具有不同偏振态，实际工作中经常需要改变光波的偏振态或检测光波的偏振态。由于光波的偏振态是由其正交振动的振幅比与相位差所决定，因此改变这两个参量，就可以改变光波的偏振态。利用光通过晶体，聚合物或液晶可以改变入射光的相位差的特片而制作的一类光学器件，我们称之为波片，或相位延迟器（retarder）。

波片的类型：

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，性能大大由于其他两种波片。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。

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。

如前所述，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。

消色差波片是由几层不同的聚合物或晶体精确对准层叠而成的。消色差波片主要优点是在一定的带宽之内延迟量对波长的变化不敏感。

液晶波片（液晶相位延迟器）是一种新型的可控相位延迟器。通过控制加在液晶两边的电压，可以改变液晶的双折射系数，从而改变通过液晶波片光的相位差。

    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。
 
   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。
 
   相比石英和云母而言，聚合物材料的双折射系数比较小，均一性好，所以更适合制造真零级波片，尤其是在可见波段及大口径波片。