多级石英1/4波片

一、基本概念

多级石英四分之一波片是一种基于石英晶体的双折射光学元件，将线偏振光转换为圆偏振光（或反之），或调整椭圆偏振光的偏振态，与零级四分之一波片的区别在于其相位延迟包含多个 2π 周期（即多个波长的光程差），对温度和波长较为敏感，适用于单波长激光系统。

快轴和慢轴：快轴指波速传播快的光矢量方向，慢轴是指波速传播慢的光矢量方向。

延迟：延迟描述了沿快轴投影的偏振分量和沿慢轴投影的分量之间的相移。延迟以度、波或纳米为单位。一波完整的延迟波等于360°。延迟公差通常以度、全波的自然分数或小数部分或纳米为单位。典型延迟规格和公差示例如下：

λ/4 ± λ/300

λ/2 ± 0.003λ

λ/2 ± 1°

二、波片结构

由一定厚度的（数百微米）石英晶体制成。

三、主要用途

1．产生或检测圆偏振光，当线偏振光以 45° 入射波片快/慢轴时，o光和e光产生 /2 相位差，产生圆偏振光。

2．椭偏仪、干涉仪中的偏振控制。

3．光隔离器，偏振分束器（PBS）+ λ/4波片组合，使反射光偏振方向改变90°，防止回光干扰激光源。

4．与偏振片组合，用作光衰减器。

四、波片工作原理

波片主要由双折射材料制造而成，当光束在双折射材料中传播时，会产生双折射现象产生两束折射光，一束为寻常光（o光），另一束为非寻常光（e光），其中，o光遵循折射定律，折射率为n_o，e光不遵循折射定律，折射率为n_e并且与入射角度θ有关。当单色光垂直入射到石英晶体时（晶体表面切成与光轴平行），o光和e光不发生分离，但由于折射率的不同两束光之间会产生相位差，可表示为：

其中l为沿光传播方向的晶体厚度， 为入射单色光波长。

多级波片厚度较厚，光在石英晶体中传播的光程增加，因而产生多个周期的相位延迟。对于多级石英四分之一波片，产生的总相位延迟为：

对应的石英波片厚度为：