波片原理

波片也稱為相位延遲片，是一種常見的偏光器件，也是較基本的光相位調制器。其工作原理是基于晶體的雙折射現象，以單軸晶體為例，入射光在波片中分解成沿原方向傳播但振動方向相互垂直的o光和e光，兩光折射率不同，使得沿波片兩軸傳播的光速也不同。波片快軸方向的折射率較低，光速更快，而慢軸的折射率更高，光速較慢。需要指出的是，對于負晶體，e光比o光速度快，因此快軸在e光光矢量方向，即光軸方向，o光光矢量方向為慢軸；正晶體恰好相反。當光通過波片時，速度差將使兩個正交偏振分量之間產生相位差，從而改變光偏振態。實際產生的相位差（相位延遲量）是由材料特性、波片厚度和入射光波長決定的，可以描述為：

其中no、ne為相互垂直的o光和e光的折射率，d為波片厚度，λ為入射光波長。

入射光通過不同類別參數波片時的出射光不同，可有線偏振光、橢圓偏振光、圓形偏振光等，出射光的偏振態由入射光的偏振態、和光軸的夾角以及通過波片后產生的相位差共同決定。波片同其他偏光器件，如偏振片、偏光棱鏡、偏光分束鏡、退偏器等相配合，可以實現光的各種偏振態之間的相互轉換、偏振面的旋轉以及各類光波的調制。

波片分類

波片是透明晶體制成的平行平面薄片，其光軸與表面平行，根據波片產生的相位延遲量不同，波片分為全波片、半波片（或1/2波片）、1/4波片，后兩者較為常見。

（一）全波片

全波片產生2π整數倍的相位延遲，故不改變入射光的偏振態。全波片一般用于應力儀中，以增大應力引起的光程差值，使干涉色隨應力變化變得靈敏。

（二）1/2波片

1/2波片產生π奇數倍的相位延遲，各種偏振光經過1/2波片后偏振態變化情況如表1所示。可作為連續調整的偏振旋轉器。另外，1/2波片和偏振分束器配合使用，可用作可變比例的分束器。

表1各種偏振光經過1/2波片后偏振態的變化表

圖1 入射線偏振光經半波片后光矢量的方位

  (三）1/4波片

1/4波片產生π/2奇數倍的相位延遲，各種偏振光經過1/4波片后偏振態變化情況如表2所示。可用于光隔離器、光學泵浦和電光調制器。

表2各種偏振光經過1/4波片后偏振態的變化表

按波片結構來分，有多級波片（multiple-order waveplate），膠合零級波片或稱復合波片（compound zero-order waveplate）及真零級波片（true zero-order waveplate）。

真零級波片，只有一個所需延遲量厚度，因此厚度很薄，大概在十幾至幾十um。

多級波片，多個全波厚度加一個所需延遲量厚度。

膠合零級波片，將兩個多級波片膠合在一起，通過將一個波片的快軸和另一個波片的慢軸對準用于消除全波光程差，而把所需要的光程差留下。

按材料來分，常見的有各種晶體波片、聚合物波片、液晶波片。常用的晶體包括云母、方解石、石英等。

表3不同波片特征對比表