Волновые пластины

Рекомендации по выбору волновой пластины
Компания Thorlabs предлагает широкий ассортимент волновых пластин: ахроматические, суперахоматические, а также нулевого (в оправе и без), нижнего и множественного порядка (одноволновые и двухволновые), вносящих разность хода в четверть или половину длины волны.

Ахроматические волновые пластины создают одинаковый фазовый сдвиг во всем рабочем диапазоне независимо от длины волны излучения, а суперахроматические волновые пластины обеспечивают тот же эффект вне зависимости от более широкого диапазона спектра входного излучения.

В отличие от ахроматических и суперахроматических пластин, разность хода при переходе сквозь пластины нулевого или множественного порядка напрямую зависит от длины излучения.

Ахроматические волновые пластины доступны в четырех рабочих диапазонах: 260 - 410 нм, 400 - 800 нм, 690 - 1200 нм, и 1100 - 2000 нм. Рабочие диапазоны суперахроматических пластин - 310 - 1100 нм и 600 - 2700 нм.

Волновые пластины нулевого порядка создают фазовый сдвиг в четверть или в половину длины волны. В отличие от пластин множественного порядка, при использовании нулевых пластин температура внешней среды и длина излучения оказывают незначительное влияние на результат.

Кварцевые полуволновые и четвертьволновые пластины нулевого порядка состоят из двух одиночных пластин, совмещенных так, чтобы медленная и быстрая оси кристаллов были сонаправлены. Доступны для отдельных длин волн в диапазоне от 266 нм до 2020 нм.

Полуволновые и четвертьволновые ЖК пластины нулевого порядка состоят из тонкого слоя жидкокристаллического полимера, размещенного между двумя стеклянными пластинами. Доступны для отдельных длин волн в диапазоне от 405 нм до 1550 нм.

Кварцевые волновые пластины нулевого порядка обладают высокой точностью и отражают меньше света (см. таблицу), в то время как ЖК пластины демонстрируют меньшее снижение ретардации. Кроме того, компания Thorlabs также поставляет волновые пластины нулевого порядка без оправы для приложений WDM.

Волновые пластины низкого порядка изготовлены из высококачественного фторида магния. В ассортименте представлены полу- и четвертьволновые пластинки для излучения длиной 2.5 мкм, 3.5 мкм, 4.0 мкм, 4.5 мкм, или 5.3 мкм.

При прохождении сквозь такую пластинку свет будет претерпевать небольшое число фазовых сдвигов на λ/m или λ в дополнение к разности хода, создаваемого пластинкой. Эта особенность отличает пластинки низкого порядка от пластин нулевого и множественного порядков.

Результат действия пластинок низкого порядка близок к тому, что получают с помощью пластин нулевого порядка, а потому могут быть отличной альтернативой последним. Кроме того, одна пластинка из фторида магния, используемая в волновых пластинках низкого порядка тоньше, чем пластины нулевого порядка, которые изготавливают из двух пластин множественного порядка, а значит волновые пластинки низкого порядка подходят для применений, чувствительных к дисперсии.

Фазовые пластины множественного порядка изготовлены для того, чтобы свет при прохождении сквозь такие пластины претерпевал небольшое число фазовых сдвигов на полную длину волны в дополнение к разности хода, создаваемого пластинкой. По сравнению с пластинами нулевого порядка, такие пластины более чувствительны к длине волны и внешним условиям.

Волновые пластины множественного порядка являются более экономически выгодным решением многих задач, не содержащих высоких требований к точности. Пластины множественного порядка доступны для отдельных длин волн в диапазоне от 266 нм до 1550 нм. Thorlabs также предлагает фазовые пластины на две длины волны – 532 нм и 1064 нм.

Принцип работы волновых пластин

В основе работы волновых пластин лежит явление двулучепреломления. Кристалл, из которого изготовлена пластина, имеет разницу в показателе преломления вдоль каждого из направлений ортогональных осей. Это свойство вносит разницу в скорость света, распространяющегося вдоль быстрой и медленной осей волновой пластины. Быстрая ось волновой пластины имеет более низкий показатель преломления, скорость света в этом направлении будет выше. И напротив, медленная ось имеет высокий показатель преломления, что приводит к замедлению скорости света в этом направлении. Когда свет проходит через волновую пластину, разность скоростей приводит к сдвигу фаз между двумя компонентами ортогональной поляризации. Фактический сдвиг фазы зависит от свойств материала, толщины волновой пластины и длины волны излучения. Эту зависимость выражают формулой:

Где n1 – показатель преломения вдоль медленной оси, n2- показатель преломления вдоль ортогональной быстрой оси, d – толщина пластинки, λ – длина волны излучения.

Применение

Волновые пластины в основном создают разность хода в четверть или половину длины волны входного излучения.

Полуволновые пластины

Как было отмечено ранее, волновая пластинка имеет две основные оси: быструю и медленную. Показатели преломления вдоль каждой из этих осей различны; следовательно, скорость волн при прохождении сквозь пластинку также будет меняться. Если при попадании на полуволновую фазовую пластинку линейно поляризованного пучка света направление поляризации не совпадает с направлением этих осей, выходной пучок будет поляризован линейно. Плоскость поляризации выходного излучения повернется относительно плоскости поляризации входного луча (см. рис.1). Если на такую пластинку попадет пучок света с круговой поляризацией по часовой стрелке (против часовой стрелки), круговая поляризация выходного излучения будет направлена против часовой стрелки (по часовой стрелке).

Полуволновые (λ / 2) пластины часто используются в качестве поляризационных вращателей. Для этого их закрепляют на вращающемся держатале, как показано на иллюстрации ниже. В сочетании с поляризационным светоделителем, полуволновая пластина может использоваться как светоделитель с переменным коэффициентом.     

Угол между выходной поляризацией и входной поляризацией в два раза больше угла между входной поляризацией и осью волновой пластины (см. рис.3). Если поляризация входного излучения сонаправлена с одной из осей волновой пластины, направление поляризации останется неизменным.

Четвертьволновые пластины

Четвертьволновая пластина создает фазовый сдвиг величиной в четверть длины волны (λ / 4). Если входной пучок линейно поляризован, и плоскость поляризации расположена под углом 45 ° к быстрой или медленной оси волновой пластины, то выходное излучение будет поляризовано циркулярно (см. рис.4). Если угол отличен от 45 °, то выходной пучок будет эллиптически поляризован. И наоборот, при попадании циркулярно поляризованного пучка на λ / 4-волновую пластину, выходной луч будет поляризован линейно.

Четвертьволновые пластины используются в оптических изоляторах, оптических насосах и электрооптических модуляторах.

© Thorlabs Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ