文 献 综 述
1 引言
波片，又称相位延时片，是一种十分重要的偏振光学元件， 通常由石英、 氟化镁、云母、方解石等双折射晶体或高分子薄膜、 光栅结构等双折射材料制作而成 ，能够使光轴方向和垂直于光轴方向的偏振光之间产生一定的相位差， 从而改变偏振光的偏振态，广泛应用于偏振光的改性、调制和检测等相关领域。根据不同的标准，波片可以分为不同的类型。波片延迟片是实现光调制器光偏振态变换中的重要光学器件之一。通常所指的lambda;/ 2 和lambda;/ 4 波片是对某特定波长而言的 , 因此当lambda;偏离该特定波长时 , 其位相延迟量也将随之发生变化 , 造成这一现象的原因除材料本身光学性质制约外还与波片的厚度和延迟精度有关系。根据复合波片的理论【1】 , 对于满足一定条件的两个或者多个特定延迟量的波片构成的复合波片系统 , 当它们快轴之间的夹角满足某一特定值时 , 可以实现在某个特定带宽内的lambda;/ 2或者lambda;/ 4 波片。宽带复合波片应用很广泛。应用在常用的光通讯波段 1200～1650 nm 上 ,利用其宽带消色差的优良特性可以大大改善光通讯器件的性能 ,代替以往要用多个波片才能工作的光路 ,从而降低了器件装配工艺的难度和成本。在红外激光领域中 , 复合波片也常用于光谱整形、激光调谐等。
2 国内外研制现状
光的偏振特性在光学技术及科学实验研究中应用十分广泛。 光在介质如偏振器件中传播时其偏振态常常发生变化， 且随着偏光器件的不同及偏振器件相对入射光电矢量位置的不同， 光偏振态改变的结果不同。 因此对不同偏振态的光通过偏振器件， 特别是晶体波片后偏振态的变化研究就很有必要。 光偏振技术就是利用光通过晶体可以改变入射光波的入射光波的振幅和相位差的特点， 从而改变光波的偏振态。在光偏振技术中关键部件就是偏振片和波片， 其中，国内已经研制出 480 ～760 nm 范围内的二元消色差lambda;/ 4波片【2】以及 400 ～ 900 nm 范围内的三元复合波片【3】 ,国外已经有很多公司在开发复合宽带波片。美国的 Special Optics 公司生产的lambda;/ 4 和lambda;/ 2 的复合宽带波片,采用一片石英晶体和一片 MgF2 晶体组合实现波谱在紫外、可见光、红外波段的零级波片 ,延迟精度可达到lambda;/ 100 。日本在这方面的技术也开发得很早 ,如 KO GA KU GI KEN CO. L TD 公司加工的宽带波片在整个波带的延迟量都很稳定。采用晶体石英材料的三元平面式结构 ,设计研制了高精度的红外宽带半波片和lambda;/ 4 波片。在 1200～1650 nm 波段内 ,中心波长为 1390 nm ,延迟精度为lambda;/ 100 , 即lambda;/ 2 波片的位相延迟量变化范围为 17614°～ 18316°,lambda;/ 4 波片的位相延迟量变化范围为 8614°～9316°。
3 复合波片的原理与设计
3.1原理
如果将多个不同厚度的波片按一定角度放置，使复合波片的等效快轴与偏振光的偏振方向成一定夹角,可实现lambda;/ 2 波片或lambda;/ 4 波片的功能【4】。在如图1所示的三个石英波片组合的系统中,设delta;1 ,delta;2 ,delta;3 分别为第 1 ,第 2 和第 3 波片的延迟量,且有delta;1=delta;3,若第1和第3波片的快轴平行,第2波片的快轴与第1和第1波片的快轴夹角为gamma;,复合波片延迟量为delta;,等效快轴与第1和第3波片快轴的夹角为phi;,则有【5】
图1单波片结构示意图
图2任意复合波片结构示意图
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