AHWP20 - ахроматические полуволновые пластины

AHWP20 - ахроматические полуволновые пластины с величиной задержки λ/2, предустановленные в механический корпус диаметром 25,4 мм. Они объединяют в себе все преимущества двулучепреломляющего кристалла кварца и фторида магния MgF₂. Доступны пластины с апертурой 20 мм для диапазонов длин волн 400 нм -700 нм, 700 нм -1100 нм и 1100 нм -1650 нм.

1. Механизм возникновения фазовой задержки в ахроматических волновых пластинках нулевого порядка

Волновые пластины изготавливаются из двулучепреломляющих материалов. Согласно закону преломления, луч монохроматического естественного света, падающий на изотропную среду, порождает только один преломленный луч. Однако при падении монохроматического естественного света на границу анизотропного кристалла возникают два преломленных луча. Это явление называется двулучепреломлением. Один из этих лучей является обыкновенным (o-луч), а другой – необыкновенным (e-луч). O-луч подчиняется закону преломления и всегда находится в плоскости падения, а его показатель преломления равен n_o – постоянная величина. E-луч не подчиняется закону преломления и в общем случае не находится в плоскости падения, а показатель преломления равен n_e(θ), где θ – угол падения. Пропустив оба луча через поляризатор, можно убедиться в том, что o-луч и e-луч являются линейно поляризованными:

Явление двулучепреломления в кристалле

Из-за разницы в показателях преломления o- и e-луча между двумя взаимно ортогональными линейно поляризованными компонентами падающего света возникает относительная задержка фазы. Направление вектора света с большей скоростью соответствует быстрой оси волновой пластины, а направление вектора света, перпендикулярное ей – медленной. Для отрицательного одноосного кристалла (n_e<n_o) быстрая ось находится в направлении вектора распространения o-луча, а медленная ось – в направлении вектора распространения e-луча (оптической оси). Кварц является положительным одноосным кристаллом, n_e>n_o. Когда монохроматический свет падает перпендикулярно на поверхность кварцевого кристалла, возникает двулучепреломление, но o-луч и e-луч не разделяются, а возникает только разность фаз, которая выражается формулой:

,

где d – толщина кристалла в направлении распространения света, λ – длина волны падающего монохроматического света.

Свойства двулучепреломляющих кристаллов используются в  волновых пластинах для создания определенной разности фаз падающего света. В зависимости от величины разности фаз, создаваемой волновой пластиной, их можно разделить на полуволновые (λ/2) и четвертьволновые (λ/4) пластины, создающие разность фаз, равную 2(m+1)π, 2(m+1/2)π и 2(m+1/4)π соответственно, где m – натуральное число. Соотношение m=0 соответствует пластине нулевого порядка, а при m ≠ 0 пластина имеет множественный порядок. 

Ахроматические пластины нулевого порядка LBTEK состоят из кварцевой пластины многопорядковой волны и пластины из MgF2 с прокладкой между ними. Быстрые оси двух волновых пластин перпендикулярны друг другу, как показано на рисунке 2. При прохождении падающего света через первую многопорядковую кварцевую волновую пластину он разлагается на о-луч и е-луч, создавая разность фаз. Общая задержка равна:

,

где dA и dB – толщины каждой из кварцевых волновых пластин. При выполнении условия:

суммарное фазовое запаздывание ахроматической волновой пластины равно фазовому запаздыванию кварцевой полуволновой пластины нулевого порядка.

Помимо изменения направления поляризации, ахроматические волновые пластины уменьшают дисперсию. Величина задержки в пределах определенной полосы длин волн не чувствительна к конкретным значениям длины волны.

Принципиальная схема ахроматической волновой пластины 

 2. Поворот плоскости поляризации

Полуволновые пластины предназначены для поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света:

Схема поворота направления поляризации при прохождении полуволновой пластины

Как показано на рисунке выше, ориентируем быструю ось волновой пластины по оси x, а медленную ось - по оси y. Линейно поляризованный свет падает вертикально вдоль оси z, амплитуда равна A, а угол между направлением поляризации и осью х равен θ. Падающий свет распадается на две квадратурные составляющие, поляризованные вдоль оси x и вдоль оси y.

Здесь  и  представляют собой единичные векторы вдоль положительного направления оси x, Acosθ и Asinθ - единичные векторы вдоль положительного направления оси y, E_x и E_y соответственно представляют две составляющие амплитуды напряженности электрического поля. Параметры поля после прохождения полуволновой пластины:

,

где  представляет собой единичный вектор в отрицательном направлении оси y. Угол между полученным световым вектором и осью х равен -θ. После прохождения через полуволновую пластину направление колебаний поляризованного света исходящего луча будет повернуто на угол 2φ в направлении оси х волновой пластины.