聚合物波片
波片是一种通过改变入射光的相位差来改变光偏振态的器件。波片按结构分,有多级波片,胶合零级波片或称复合波片及真零级波片。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。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,但是也同时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。常用的晶体包括云母,方解石,石英等。聚合物材料由于其双折射系数比较小,所以适合制造真零级波片,尤其是在可见波段及大口径波片。除此之外,还有消色差波片,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。
产品介绍

一、产品简介

波片是一种通过改变入射光的相位差来改变光偏振态的器件。波片按结构分,有多级波片,胶合零级波片或称复合波片及真零级波片。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。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,但是也同时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。常用的晶体包括云母,方解石,石英等。聚合物材料由于其双折射系数比较小,所以适合制造真零级波片,尤其是在可见波段及大口径波片。除此之外,还有消色差波片,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。波片按延迟量来分,有1/4波片(quarter-waveplate),1/2波片(half-waveplate)以及全波片(full-waveplate)。我们可以通过琼斯矩阵来描述波片的特性:

其中,M是波片琼斯矩阵,R是旋转矩阵,

是波片的折射率之差,

是设计波长,

是入射光偏振态与快轴方向的夹角,d是波片的厚度,一般把

叫做延迟相位。

那么半波片就是

,

1/4波片就是

,

全波片就是

二、产品功能及应用场景

我们可以知道,光在经过设计波长的全波片时,能量和偏振态不会有任何改变,如图1所示:

图1 全波片对偏振态的影响

线偏振光在经过设计波长的1/2波片时,偏振方向会旋转,圆偏振光在经过设计波长的1/2波片时,偏振态会变换为正交偏振态。如图2所示:

图2 1/2波片对偏振态的影响

线偏振光在经过设计波长的1/4波片时,会变成圆偏振光,圆偏振光在经过设计波长的1/4波片时,会变成线偏振光。

图3 1/4波片对偏振态的影响

基于以上特性,波片已经成功应用在液晶显示、光场调控、偏振控制、拉曼光谱、3D投影等领域。如下图4所示,1/4波片用于OLED屏幕抗反射膜

图4 1/4波片用于抗反射膜

自然光入射,经过线偏振片变成线偏振光,线偏振光经过1/4波片变成圆偏振光,圆偏振光经过反射衬底转换成与之正交的偏振态。再经过1/4波片变成线偏振光,最后由于线偏振光与线偏振片透射方向正交,全部被吸收。

三、产品实物效果

产品实物图

LBTEK 波片常安装于旋转调整架CRM-1AS

聚合物真零级波片延迟量与波长的关系

聚合物真零级波片透过率

四、补充说明(部分技术文档、潜在应用展望、可定制性)

波片可以改变入射光斑的偏振态,因此可以用来做一些光强或者偏振态调制的应用。

4.1 手动偏振方向旋转器

由于1/2波片可以改变入射光的相位延迟,所以可以利用偏振片+1/2波片制作手动偏振方向旋转器。结构下图4所示:

图4 偏振方向旋转系统

其工作原理如下:

  • a)激光束由激光器发出;
  • b)激光垂直入射至一个起偏器中,并转变为线性偏振光;

MLA的偏振特性可以帮助实现对于偏振态有特定要求的光束整形场景。实际的MLA在使用时会存在除±1级以外的其他衍射光,但其他各级衍射光的能量之和小于2%。

4.2光衰减器

由于1/2波片可以用于改变偏振光偏振方向,所以可以使用偏振片和1/2波片的组合搭建光衰减器。如图5所示:

图5 光衰减器

其工作原理如下:

  • a)激光束由激光器发出;
  • b)激光垂直入射至一个起偏器中,将出射光转变为线偏光;)被调制的线偏光入射至1/2波片并将出射光偏振方向旋转;
  • c)出射光经过检偏器过滤后光强衰减。光强衰减比例由入射检偏器光束偏振方向与检偏器偏振方向夹角相关。

4.3 任意光强配比器

如图6所示,可以配合使用线性偏振片,波片及偏振分束器来组合搭建光强任意配比器。

图6 任意比例光强分配器

其工作原理如下:

  • a)激光束由激光器发出;
  • b)激光垂直入射至起偏器中,起偏器能将入射光调制为线偏光;
  • c)线偏光入射至二分之一波片,并且出射光方向偏振方向偏转;
  • d)线偏光入射至二分之一波片,并且出射光方向偏振方向偏转;

4.4 偏振态发生器

如图7所示,可以使用偏振片、1/2波片和1/4波片的组合搭建偏振态发生器。

图7 偏振态发生器

其工作原理如下:

  • a)激光束由激光器发出;
  • b)激光垂直入射至一个起偏器中,起偏器能将入射光调制为线偏光;
  • c)被调制的线偏光入射至1/2波片上,偏振方向偏转;
  • d)二分之一波片出射光再入射到1/4波片,出射光转变为需要偏振态。
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