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超消色差波片

波片是用于改变光偏振态的重要激光元件。这种偏振态的改变是通过光束快轴分量与慢轴分量之间的相位延迟来实现的。由双折射材料制成的波片利用材料的双折射特性来获得预期的延迟量:双折射效应使入射光分裂为两个分量,这两个分量的电场振荡方向相互垂直且相速度不同;当光线射出时,两分量间产生相位差,从而改变光波的总矢量,进而实现对偏振态的调控。

通过设定特定的延迟量,用户可以获得预期的光偏振效果。然而,如何保持波片延迟量的稳定性是一个关键问题。对于传统的双折射材料(如石英)波片而言,其折射率往往易受波长、温度、入射角等因素的影响,导致延迟量发生波动。其中,波长是影响最大的因素;双折射波片的波长与延迟量之间的关系可用下式表示:

延迟量 = 2πL(Nslow - Nfast) / λ

式中,L 为波片厚度,Nfast 和 Nslow 分别为快轴和慢轴方向的折射率。当入射光波长发生变化时,Nslow - Nfast 的值也随之改变,从而导致延迟量发生变化。

对于大多数普通的低级(low-order)波片及其升级版——零级(zero-order)波片而言,其相位延迟保持恒定(无显著变化)的波长带宽非常窄,甚至往往只能在单一特定波长下实现设计的相位延迟。为了实现波片在宽波段范围内的应用,一种常见的方案是采用由两种不同材料构成的复合波片;这两种材料的双折射特性具有某种程度的“互补性”,从而能够相互抵消相位延迟随波长变化而产生的波动。这类波片被称为“消色差波片”(Achromatic Waveplates),其中的“消色差”一词意指抑制了色散效应。此类波片能显著降低波长变化对相位延迟的影响,将适用波段范围扩展至数百纳米,并适用于多波长激光源、可调谐激光器等多种应用场景。

然而,对于需要更宽工作波段的高端应用而言,传统的双片式消色差波片在相位延迟稳定性方面仍存在局限。为了更好地满足客户需求,Shalom EO 近期投入了“超消色差波片”(Super Achromatic Waveplates)的研发。与传统消色差波片不同,超消色差波片由六片波片组合而成,其中包括三片石英(晶体 SiO2)波片和三片氟化镁(MgF2)波片。通过增加构成波片的数量,该设计最大限度地减小了相位延迟的波动,并将适用波段范围大幅扩展至从紫外(UV)到近红外(NIR)的区间。该系列波片采用胶合结构,使用经光学级认证的 NOA61 粘合剂,并对表面进行了增透(AR)镀膜处理,以确保激光系统实现最高效率。超消色差波片与普通消色差波片的相位延迟稳定性对比如下:



图1. 消色差四分之一波片在900–2000 nm波段的相位延迟曲线



图2. 超消色差四分之一波片在600-2700nm波长范围内的相位延迟曲线

从图中可以看出,在600-2700nm波长范围内,超消色差四分之一波片的相位延迟仅在0.252λ至0.248λ的区间内波动;相比之下,消色差四分之一波片的波动幅度则大得多——其相位延迟在900-2000nm波长范围内(该波长范围比超消色差波片窄1000nm)于0.26λ至0.243λ之间变化。

Shalom EO目前提供的超消色差波片包含四种标准规格:适用于325-1100nm和600-2700nm波段的四分之一波片,以及适用于310-1100nm和600-2700nm波段的二分之一波片;这些波片均安装在直径25.4mm的阳极氧化铝外框中,通光孔径为18mm。

此外,如果您需要适用波长范围比超消色差波片更宽的相位延迟器,我们推荐菲涅尔菱形(Fresnel Rhomb)延迟器;该类产品支持高达2000-15000nm的波长范围,现已在我们的官网上架销售。


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Tags: 什么是超消色差波片?