Что такое волновая пластина?

Что такое волновая пластина?

Волновая пластина — это оптический элемент, который вращает плоскость поляризации входящего света для получения света с другой поляризацией.

Обычно используются два типа волновых пластин: волновые пластины 1/2 и волновые пластины 1/4. Волновая пластина 1/2 сдвигает фазу света на λ/2 и вращает плоскость поляризации, когда длина волны света установлена ​​на λ (читается: лямбда). В этом случае исходящий свет остается линейно поляризованным.

Четвертьволновая пластина может преобразовать линейную поляризацию в круговую, сдвигая фазу на λ/4. И наоборот, также возможно преобразовать круговую поляризацию в линейную.

Применение волновых пластин

Волновые пластины часто используются в ситуациях, когда используются оптические приборы, от академических до промышленных приложений. Волновые пластины особенно полезны для изменения направления поляризации лазера и регулировки интенсивности света при использовании лазерного оборудования.

Например, в обрабатывающих лазерах четвертьволновые пластины используются для преобразования линейной поляризации в круговую поляризацию, которая применяется для резки однородных материалов. В академических приложениях плоскость поляризации лазера можно отрегулировать с помощью полуволновой пластины или аналогичной, чтобы получить более детальное представление о динамике молекулярных колебаний и диссоциации. Управление направлением поляризации важно, поскольку электронные и колебательные возбуждения молекул взаимодействуют друг с другом из-за электрических полей в определенных направлениях.

И наоборот, если вы не хотите возбуждать в определенном направлении, используйте четвертьволновую пластину для преобразования света в круговую поляризацию. Волновые пластины также можно использовать в устройствах, которые произвольно управляют разделением лазеров; поскольку угол линейной поляризации можно изменить с помощью 1/2 волновой пластины, ее можно объединить с делителем луча, который разделяет свет в соответствии с поляризацией, чтобы создать устройство, которое может произвольно управлять интенсивностью разделенных лучей.

Поскольку поляризация разделенного луча находится под прямым углом, необходимо использовать два зеркала, чтобы изменить угол поляризации обратно, или использовать полуволновую пластину, чтобы снова изменить угол поляризации.

Принцип работы волновой пластины

Волновые пластины имеют анизотропный показатель преломления, что означает, что скорость света меняется в зависимости от направления поляризации, создавая разность фаз. Поэтому можно изменить плоскость поляризации линейно поляризованного света, проходящего через волновую пластину, или сделать его кругово поляризованным. Начнем с того, что поляризованный свет — это свет, в котором направление колебаний в электрическом или магнитном поле выровнено в постоянном направлении. Естественный свет, такой как солнечный, имеет случайное направление колебаний и неполяризован, тогда как искусственно созданный свет, такой как тот, который создается лазером, может быть поляризован.

Волновые пластины — это материалы, которые имеют различные показатели преломления в зависимости от направления поляризации (двулучепреломляющие материалы), такие как кварц. В общем, чем выше показатель преломления света, проходящего через среду, тем меньше скорость света. Поэтому свет, проходящий в направлении с меньшим показателем преломления (ось опережающей фазы), распространяется через материал быстрее, в то время как свет, проходящий в направлении с большим показателем преломления (ось медленной фазы), замедляется.

Эти свойства можно использовать для создания фазового сдвига между компонентами поляризации. Если падающий световой луч с определенным углом к ​​оси опережающей фазы попадает в волновую пластину, световые компоненты (векторы) разлагаются на направление оси опережающей фазы и направление оси медленной фазы, что приводит к фазовому сдвигу света. В результате плоскость поляризации исходящего света поворачивается.

Другая информация о волновых пластинах

Как использовать волновые пластины

Волновые пластины обычно используются в держателе, угол поворота которого известен. Угол волновой пластины и угол поляризации лазерного луча определяют угол поляризации лазера после того, как он проходит через волновую пластину. Поворотный держатель полезен, поскольку он позволяет устанавливать лазерный луч на любой желаемый угол поляризации после прохождения через него.

Угол поляризации после прохождения через лазер можно рассчитать из угла волновой пластины и угла поляризации лазера. Однако, чтобы фактически проверить это, свет после прохождения через волновую пластину пропускается через поляризатор и наблюдается интенсивность света. В этом случае также можно проверить, рассеивая свет на листе бумаги. Однако необходимо соблюдать осторожность, поскольку бумага может сгореть, а рассеянный свет может повредить глаза, даже если в случае лазера высокой интенсивности используются светозащитные очки.

Для более безопасного и количественного метода мы рекомендуем использовать измеритель мощности или аналогичное устройство для проверки наибольшей интенсивности при любом заданном угле.