Кварцевая четвертьволновая пластина истинного нулевого порядка

1. Механизм генерации фазового замедления кварцевой истинной волновой пластинки нулевого порядка.

Волновые пластинки в основном изготавливаются из двулучепреломляющих материалов. Согласно закону преломления мы знаем, что когда луч монохроматического естественного света падает на изотропную среду, образуется только луч преломленного света. Когда монохроматический естественный свет преломляется на границе анизотропного кристалла, обычно образуются два луча преломленного света. Это явление называется двойным лучепреломлением. Среди двух преломленных светов один — обычный свет ( о-свет), а другой — необыкновенный свет (е-свет). Среди них свет o подчиняется закону преломления. Преломленный луч света всегда находится в плоскости падения , а показатель преломления равен no n o является постоянной величиной . Используйте анализатор для изучения o-света и электронного света соответственно. Известно, что o-свет и e-свет представляют собой линейно поляризованный свет, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Явление двойного лучепреломления кристалла .

В соответствии с разницей показателей преломления между o-светом и e-светом в явлении кристаллического двойного лучепреломления , относительная фазовая задержка будет происходить между двумя взаимно ортогональными линейно поляризованными компонентами падающего света. Среди них направление вектора света с быстрой скоростью волны является быстрой осью волновой пластинки, а направление вектора света, перпендикулярное ей, является медленной осью. Для отрицательных одноосных кристаллов (n e <n o ) быстрая ось находится в направлении вектора е-света (т. е. в направлении оптической оси, свет распространяется в этом направлении без двулучепреломления в кристалле), а о-свет Направление вектора — медленная ось. ;Выровняйте одноосный кристалл (n e > n o ), быстрая ось — в направлении вектора o-луча, а медленная ось — в направлении вектора электронного луча (оптического). ось). Кварц представляет собой положительный одноосный кристалл с n e > n o . Монохроматический свет падает вертикально на кристалл кварца, и возникает двойное лучепреломление. Однако свет o и свет не разделяются, а создают только разность фаз:

где d — толщина кристалла вдоль направления распространения света, — длина волны падающего монохроматического света.

Волновые пластины используют вышеупомянутые характеристики двулучепреломляющих кристаллов для создания определенной разности фаз падающего света. В зависимости от размера разности фаз, генерируемой волновой пластиной, ее можно разделить на полноволновую пластину, полуволновую пластину (также называемую полуволновой пластиной) и четвертьволновую пластину, которые имеют размеры 2 ( m + 1) π и 2 соответственно (m + 1/2)π , 2 (m+1/4) Разность фаз π, где m — натуральное число; при m= 0 она называется волновой пластинкой нулевого порядка, а при — m не равно 0, она называется многоволновой пластинкой. Волновые пластинки первого порядка, среди которых волновые пластинки нулевого порядка делятся на обычные волновые пластинки нулевого порядка и истинные волновые пластинки нулевого порядка.

Кварцевая четвертьволновая пластина истинного нулевого порядка, предоставленная Lubang Technology, изготовлена ​​из цельного куска кристалла кварца, как показано на рисунке 2. Падающий свет проходит через цельный кусок кристалла кварца и разлагается на о-свет и электронный свет. Толщина кристалла кварца удовлетворяет:

Полная фазовая задержка , то есть задержка фазы, возникающая в результате одной четверти длины волны. 

Рис . 2. Кварцевая истинная волновая пластинка нулевого порядка.

2. Используйте четвертьволновую пластинку для генерации света с круговой поляризацией.

Четвертьволновая пластина в основном используется для преобразования линейно поляризованного света в свет с круговой поляризацией. Ниже используется метод разложения и синтеза вектора света, а также метод расчета матрицы Джонса, чтобы проиллюстрировать механизм четвертьволновой пластины.

Рисунок 3. Разложение вектора падающего света.

Как показано на рисунке 3, если предположить, что быстрая ось волновой пластинки расположена на оси x, медленная ось расположена на оси y, линейно поляризованный свет падает вертикально вдоль оси z, амплитуда равна A, а Угол между направлением поляризации и быстрой осью волновой пластинки равен θ , падающий свет разлагается на две ортогональные компоненты, поляризованные вдоль оси x и поляризованные вдоль оси y:

Здесь и представляют единичные векторы вдоль положительного направления оси x и положительного направления оси y соответственно и представляют амплитуды двух ортогональных компонентов и соответственно. После того , как падающий свет проходит через четвертьволновую пластинку , между :

Представляет единичный вектор вдоль отрицательной оси Y. Синтезированный вектор света в соответствии с принципом суперпозиции имеет вид:

и исключая фактор временной фазы, можно получить траекторию движения конца вектора синтетического света, удовлетворяющую:

Можно видеть, что после прохождения линейно поляризованного света через четвертьволновую пластинку излучаемый свет становится эллиптически поляризованным. Большая ось эллиптически поляризованного света равна , а малая ось — . Когда угол θ между направлением поляризации падающего света и быстрой осью четвертьволновой пластинки составляет ± 45° , траектория движения конца вектора синтетического света представляет собой идеальный круг, то есть излучаемый свет остается левым. -правосторонний свет с круговой поляризацией.

Принцип работы четвертьволновой пластины также можно объяснить с помощью расчета матрицы Джонса. Предполагая, что быстрая ось волновой пластинки расположена на оси x, она выражается матрицей Джонса:

Падающий свет представляет собой линейно поляризованный свет, падающий вертикально вдоль оси z, а угол между направлением поляризации и осью x равен θ :

После прохождения четвертьволновой пластинки излучаемый свет имеет вид :

Очевидно, что приведенная выше формула представляет собой эллиптически поляризованный свет. В частности, когда θ равен +4 5 º , это свет с левосторонней круговой поляризацией, а когда θ равен -4 5 º , это свет с правосторонней круговой поляризацией.