QWP20 - четвертьволновые пластины нулевого порядка

Волновые пластины нулевого порядка  QWP20 с апертурой 20 мм состоят из двух кварцевых пластин с воздушным зазором между ними. Быстрые оси двух кварцевых волновых пластин перпендикулярны друг другу, а разность фаз между ними составляет π. Волновые пластины предустановлены в черном анодированном корпусе для простоты интеграции в оптическую систему и использования. На нашем сайте представлен выбор моделей волновых пластин нулевого порядка с апертурой 20 мм, диаметром 25,4 мм для длин волн 266 - 1550 нм.

Механизм генерации обыкновенного и необыкновенного лучей в двулучепреломляющем кристалле.

Волна света, поляризованная в различных направлениях, проходит через двулучепреломляющий материал. Согласно закону Снеллиуса, когда свет, поляризованный в одном направлении (обыкновенный луч, o-луч), падает на поверхность кристалла, он генерирует преломленный луч в том же направлении. В этом случае преломленный луч имеет одинаковую скорость света во всех направлениях. Его поляризация перпендикулярна оптической оси кристалла, а распространение происходит с постоянной скоростью, независимо от направления. Его показатель преломления равен n₀.

Другая часть поляризованного света - необыкновенный луч (e-луч) - ведет себя иначе. Его поляризация параллельна оптической оси кристалла. Скорость распространения и, соответственно, показатель преломления такого луча зависят от направления по отношению к оптической оси. Его скорость может быть выше или ниже скорости o-луча, а показатель преломления nₑ варьируется от n₀ до другого предельного значения, в зависимости от кристаллической структуры. О- и e-лучи являются ортогонально поляризованными:

Схема двойного лучепреломления в кристалле

Направление вектора света с большей скоростью распространения является быстрой осью пластины, а направление вектора света, перпендикулярное ему, является медленной осью. Для отрицательного одноосного кристалла (n_e < n_o), быстрая ось находится в направлении вектора света e-луча (то есть в направлении оптической оси, свет распространяется в кристалле в этом направлении без явления двулучепреломления), а направление вектора света o-луча является медленной осью; для положительного одноосного кристалла (n_e > n_o), быстрая ось находится в направлении вектора света o-луча, а медленная ось находится в направлении вектора света e-луча (оптической оси). Кварц является положительным одноосным кристаллом, имеющим n_e > n_o. При перпендикулярном падении монохроматического света на кварцевый кристалл возникает двулучепреломление, но o- и e-лучи не разделяются, а возникает только разность фаз, определяемая как:

,

где d — толщина кристалла в направлении распространения света, перпендикулярном поверхности, λ - длина волны падающего монохроматического света.

Волновые пластины используют указанные выше свойства двулучепреломляющих кристаллов для создания определённой разности фаз падающего света. Разность фаз равна 2(m+1/2)π, 2(m+1/4)π, где m — натуральное число; при m=0 волновая пластина имеет нулевой порядок.

Общая задержка фазы составляет △δ:

,

где dA и dB — толщины первой и второй кварцевых волновых пластин соответственно. 

Если выполняется условие

,

то общая фазовая задержка △δ = n, что соответствует кварцевой полуволновой пластине нулевого порядка.

Кварцевая полуволновая пластина нулевого порядка

Генерация круговой поляризации с помощью четвертьволновой пластины.

Четвертьволновая пластина применяется для преобразования линейно поляризованного света в свет с круговой поляризацией. Ниже используется метод анализа векторного разложения и синтеза света и метод расчета матрицы Джонса, чтобы проиллюстрировать механизм действия четвертьволновой пластины.

Разложение вектора интенсивности падающего света по осям

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. В соответствии с принципом суперпозиции синтезированный световой вектор представляет собой： 

Благодаря разности фаз между компонентами E_1x и E_1y, конец результирующего вектора электрического поля описывает эллипс, уравнение которого представлено ниже:

Видно, что после прохождения линейно поляризованного света через четвертьволновую пластину, выходящий свет становится эллиптически поляризованным. Большая полуось эллипса соответствует Acosθ, а малая – Asinθ.

Расчет матрицы Джонса также может проиллюстрировать принцип работы четвертьволновой пластины. Расположим быструю ось волновой пластины по оси x, тогда ее математическое представление в матрице Джонса выглядит следующим образом:

При условии, что падающий вертикально вдоль оси z свет E_in линейно поляризован, а угол между направлением поляризации и осью x равен θ, тогда

.

После прохождения через четвертьволновую пластину интенсивность света Е₁ описывается как

Приведенная выше формула представляет собой описание эллиптически поляризованного света. При θ=+45º на выходе оказывается свет с левой круговой поляризацией, а при θ=-45º - с правой круговой поляризацией.