零级石英1/4波片

一、基本概念

零级石英四分之一波片是一种基于石英晶体的双折射光学元件，能够将线偏振光转换为圆偏振光（或反之），或调整椭圆偏振光的偏振态。波片的延迟量（相位延迟）严格为四分之一波长（λ/4），无额外高阶延迟（对比多级波片）。具有高透过率（紫外到近红外）、低吸收和稳定的双折射特性。

快轴和慢轴：快轴指波速传播快的光矢量方向，慢轴是指波速传播慢的光矢量方向。

延迟：延迟描述了沿快轴投影的偏振分量和沿慢轴投影的分量之间的相移。延迟以度、波或纳米为单位。一波完整的延迟波等于360°。延迟公差通常以度、全波的自然分数或小数部分或纳米为单位。典型延迟规格和公差示例如下：

λ/4 ± λ/300

λ/2 ± 0.003λ

λ/2 ± 1°

二、波片结构

由两片快轴正交排列的多级石英波片组成，两波片之间用垫片分隔，形成空气层，适用于高功率激光器使用。

三、主要用途

1．产生或检测圆偏振光，当线偏振光以 45° 入射波片快/慢轴时，o光和e光产生 λ/4 相位差，合成圆偏振光。

2．椭偏仪、干涉仪中的偏振控制。

3．光隔离器，偏振分束器（PBS）+ λ/4波片组合，使反射光偏振方向改变90°，防止回光干扰激光源。

4．与偏振片组合，用作光衰减器。

四、波片工作原理

波片主要由双折射材料制造而成，当光束在双折射材料中传播时，会产生双折射现象产生两束折射光，一束为寻常光（o光），另一束为非寻常光（e光），其中，o光遵循折射定律，折射率为n_o，e光不遵循折射定律，折射率为n_e并且与入射角度θ有关。当单色光垂直入射到石英晶体时（晶体表面切成与光轴平行），o光和e光不发生分离，但由于折射率的不同两束光之间产生相位差，可表示为：

其中l为沿光传播方向的晶体厚度， 为入射单色光波长。

零级波片使用两片快轴正交排列的多级石英波片组成，假设经过第一个石英波片后产生的相位差为，经过第二个石英波片后产生的相位差为，由于两波片的快轴互相垂直，产生的高阶相位延迟会抵消，只保留/2的相位延迟量，因此总相位差表示为：

其中，，分别是第一，第二片多级石英波片的厚度，通过调整适合的石英片厚度使得:

此时，总相位差。