MQWP20 - кварцевые четвертьволновые пластины в оправе

MQWP20 - кварцевые полуволновые пластины диаметром 25,4 мм в оправе с величиной задержки mλ+λ/4. Качество поверхности 10/5 царапин/сколов.

1. Механизм возникновения разности фаз в кварцевых многопорядковых волновых пластинах.

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:

,

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 нулевой пластине, а при m ≠ 0 пластина имеет множественный порядок. 

Кварцевые многопорядковые пластины, предлагаемые компанией LBTEK, изготовлены из цельного кварцевого кристалла. Падающий свет, проходя через кварцевую пластину множественного порядка, разделяется на o-луч и e-луч, создавая разность фаз:

,

Пластины множественного порядка выполняют те же функции, что и пластины нулевого порядка на расчетной длине волны, но более чувствительны к температуре и углу падения.

Кварцевая волновая пластина множественного порядка

2. Генерация циркулярно-поляризованного света с помощью λ/4 пластины.

Четвертьволновые пластины используются для преобразования линейно поляризованного света в циркулярно поляризованный. Ниже объясняется механизм действия четвертьволновой пластины с помощью метода анализа и синтеза векторов света, а также метода расчёта матрицы Джонса.

Разложение вектора падающего света

Расположим быструю ось пластины вдоль оси x, а медленную – вдоль оси y. Линейно поляризованный свет падает перпендикулярно плоскости ху вдоль оси z, его амплитуда равна A, а угол между плоскостью поляризации и быстрой осью пластины составляет θ. Падающий свет может быть разложен на две ортогональные компоненты, поляризованные вдоль оси x и оси y:

Здесь x и y представляют собой единичные векторы в положительном направлении осей x и y соответственно, а Acos(θ) и Asin(θ) представляют собой амплитуды двух ортогональных компонентов. После прохождения падающего света через четвертьволновую пластину между компонентами E_x и E_y возникает задержка фазы, равная π/2:

где -y – единичный вектор в отрицательном направлении оси y. В соответствии с принципом суперпозиции результирующий вектор равен:
.

Исключив временной фазовый множитель, получим уравнение для конца результирующего светового вектора:

Таким образом, после прохождения линейно поляризованного света через четвертьволновую пластинку выходящий свет становится эллиптически поляризованным. Большая ось эллиптически поляризованного света равна Acos(θ), а малая ось — Asin(θ). При угле θ между направлением поляризации падающего света и быстрой осью четвертьволновой пластинки, равном ±45°, траектория конца результирующего светового вектора описывает окружность, что на обретение светом круговой поляризации.

3. Матрица Джонса.

.

Пусть на пластину перпендикулярно вдоль оси z падает свет E_in, имеющий линейную поляризацию, плоскость которой наклонена на угол θ к оси x:

.

После прохождения четвертьволновой пластинки выходной свет описывается уравнением:

.

Приведённое уравнение соответствует эллиптически поляризованному свету. При θ = +45° свет имеет левую круговую поляризацию, а при θ = -45° — правую круговую поляризацию.