什么是偏振光，什么是波片

偏振光，英文名：Polarization（偏極化）

偏振光在光學(xué)元器件中應(yīng)用產(chǎn)品有：偏光片，線(xiàn)偏光，圓偏光，偏振鏡，偏振分束鏡，起偏器，檢偏器，保偏器，偏振分束膠合棱鏡，法拉遞旋轉(zhuǎn)片，旋光片，渦旋波片，單反相機(jī)鏡頭CPL濾鏡，激光器旋光器。

自然光，太陽(yáng)光，普通光源，面光源，OLED，LED燈光叫非偏振光。

太陽(yáng)鏡眼，AR/VR眼鏡，CCD，COMS，LCD屏，光柵，具體偏振光的綜合物。

常常把綜合光：U=P+S在光學(xué)薄膜設(shè)計(jì)中U=Tp+Ts或(Rp+Rs)，T為透過(guò)，R為反射；矢量分為P分量（Paralled水平或平行偏振)和S分量(Senkrcht垂直偏振）。

   自然光   

光波是橫波，即光波矢量的振動(dòng)方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動(dòng)在垂直于光的傳播方向上作無(wú)規(guī)則取向，在空間內(nèi)，光波矢量的分布可看作是機(jī)會(huì)均等的，它們的總和與光的傳播方向是對(duì)稱(chēng)的，即光矢量具有軸對(duì)稱(chēng)性、均勻分布、各方向振動(dòng)的振幅相同，這種光就稱(chēng)為自然光。（即光是散亂無(wú)序的，自由派）。

   線(xiàn)偏振光   

光矢量端點(diǎn)穿越軌跡為直線(xiàn)，即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng)，其大小隨相位變化、方向不變，稱(chēng)為線(xiàn)偏振光。最大特點(diǎn)是雙向性偏振。

   橢圓偏振光   

光矢量端點(diǎn)穿越軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小、方向隨時(shí)間有規(guī)律的變化。像電力不穩(wěn)一樣，忽明忽暗，一會(huì)P光，一會(huì)S光受脈沖影響還不穩(wěn)，形成近視的橢圓。

   圓偏振光   

光矢量端點(diǎn)穿越軌跡為一圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小不變，但方向隨時(shí)間有規(guī)律地變化。

部分偏振光，像個(gè)正弦波有周期性翻滾，最大特點(diǎn)是：?jiǎn)蜗蛐云瘛?/span>

偏振片用途最廣的就是用于LCD的液晶顯示屏中。所以，拿一片祼的偏振片對(duì)著顯示器水平或垂直或轉(zhuǎn)某個(gè)角度，會(huì)發(fā)現(xiàn)顯示器上的圖案由黑變亮或有亮變黑，把該偏振片正反面去測(cè)試都相同，這就是線(xiàn)偏振片（都叫線(xiàn)偏光），反之只有一個(gè)面差別大，反面差別不大就是圓偏振片（都叫圓偏光）。市面上的圓偏振片原理就是，加了一片1/4入的波片。

什么叫波片?

波片，又稱(chēng)為相位延遲片，因?yàn)槠窆饩哂姓凵渎什煌?，可能用薄膜定向拉伸或雙折射材料加工而成。使通過(guò)波片的兩個(gè)互相正交的偏振分量產(chǎn)生相位偏移，可用來(lái)調(diào)整光束的偏振狀態(tài)。在光學(xué)元器件中常見(jiàn)的波片由石英晶體制作而成，主要為四分之一波片和二分之一波片（半波片）。

石英晶體（也叫人工水晶或人造晶體）具有雙折射率效應(yīng)，依據(jù)X,Y,Z三軸方向上，定向切割的角度不同，產(chǎn)生的光程差不同。

四分之一波片（λ/4波片）：能使o光和e光光程差為λ/4的晶片。

旋轉(zhuǎn)波片使入射光偏振方向與波片兩軸夾角為45°，橢圓/圓偏振光經(jīng)過(guò)四分之一波片后，變成了線(xiàn)偏振光。

同理，如果入射光偏振方向與波片兩軸夾角為45°，線(xiàn)偏振光經(jīng)過(guò)四分之一波片后，變成了圓偏振光。

波片（或延遲板）是具有特定雙折射的透明片，通常用來(lái)控制光束的偏振態(tài)。波片具有一個(gè)快軸和一個(gè)慢軸，都是垂直于表面和光束傳播方向的，并且相互垂直。在快軸方向偏振的光相速度稍大。需要的光延遲（兩偏振方向上的相位延遲差）只在有限波長(zhǎng)區(qū)域和有限入射角范圍內(nèi)能夠得到。 

種類(lèi)和應(yīng)用 ：

最常見(jiàn)的波片是四分之一波片（λ/4 片）和半波片（λ/2片），其中兩線(xiàn)偏振方向的相位延遲差分別為 π/2和π，對(duì)應(yīng)的相位傳播距離分別為λ?/?4和λ?/?2。 

下面是一些重要的結(jié)論： 

1. 如果光束為線(xiàn)偏振的，并且偏振方向是沿著波片的某一個(gè)軸，那么偏振方向不改變。 

2. 如果入射的偏振態(tài)與任一軸不重合，波片為半波片，那么偏振光仍然是線(xiàn)偏振的，但是偏振方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)。如果線(xiàn)偏振光與軸夾角為 45°，那么偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。 

3. 如果入射線(xiàn)偏振光與軸之間夾角為 45°，通過(guò)四分之一波片可以得到圓偏振光。（其它的線(xiàn)偏振光會(huì)變成橢圓偏振光。）反過(guò)來(lái)，圓偏振光通過(guò)四分之一波片可以得到線(xiàn)偏振光。 

在激光器諧振腔中，在增益介質(zhì)兩邊放置兩個(gè)四分之一波片可以實(shí)現(xiàn)單頻工作（參閱扭曲模技術(shù)）。在激光晶體和諧振腔反射鏡之間放置一個(gè)半波片可以減小去極化損耗。半波片和偏振片結(jié)合使用可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)透射率的輸出耦合器。 

波片通常由石英晶體（SiO2）制作，因?yàn)樗诤艽蟮牟ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)具有很高的透明度，并且具有很高的光學(xué)質(zhì)量。還有一些其它的材料（應(yīng)用于其它波長(zhǎng)范圍）可以，例如方解石（CaCO3），氟化鎂（MgF2），藍(lán)寶石（Al2O3），云母（一種二氧化硅材料）和一些雙折射聚合物。 

零級(jí)和多級(jí)波片 

有很多種類(lèi)的波片： 

1. 零級(jí)波片非常薄，兩偏振方向的光相位延遲對(duì)于半波片只有 π。這是理想的情形，由于零級(jí)波片很薄所以很不方便，尤其是對(duì)于強(qiáng)折射材料來(lái)說(shuō)，例如方解石，制備過(guò)程非常困難和需要制作非常精巧。后一個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)將零級(jí)波片粘在厚的玻璃片上解決，玻璃襯底不具有雙折射但是可以穩(wěn)定波片。而二者界面使損傷閾值變低。 

2. 多級(jí)波片的相對(duì)相位改變變大，是所需要值再加上2π的整數(shù)倍。盡管在設(shè)計(jì)的波長(zhǎng)處性能相同，該波片的光學(xué)帶寬受實(shí)際的相對(duì)相位改變限制。并且，相位延遲與對(duì)溫度更加敏感。低級(jí)波片是指具有相對(duì)小級(jí)數(shù)的多級(jí)波片，可以使上面提到的不利效應(yīng)變小。 

3. 有效零級(jí)波片（或凈零級(jí)波片）由兩個(gè)厚度稍微不同的多級(jí)波片組成，將它們黏在一起或者光學(xué)接觸，或者在更高功率時(shí)在兩多級(jí)波片之間留一點(diǎn)空隙。一個(gè)波片的慢軸與另一個(gè)波片的快軸平行，這樣兩波片的雙折射就幾乎抵消了。需要調(diào)整二者的厚度差得到需要的凈相位改變。這一裝置可工作在很寬的波長(zhǎng)范圍內(nèi)。 

                                                                                      二分之一波片（λ/2波片）

晶體厚度恰能使o光和e光光程差為λ/2的晶片。

線(xiàn)偏振光經(jīng)過(guò)λ/2波片后還是線(xiàn)偏振光，但是振動(dòng)方向與原來(lái)的方向旋轉(zhuǎn)了2θ角。

圓偏振光經(jīng)過(guò)λ/2波片后還是圓偏振光，但是轉(zhuǎn)動(dòng)方向與原來(lái)相反。

偏振分光棱鏡能把入射的非偏振光分成兩束垂直的線(xiàn)偏振光。其中P偏光完全通過(guò)，而S偏光以45度角被反射，出射方向與P光成90度角，P偏光與S偏光都是線(xiàn)偏振光，且偏振方向互相垂直。此偏振分光棱鏡使由一堆高精度執(zhí)教棱鏡膠合而成，其中一個(gè)棱鏡的斜邊上鍍有偏振分光介質(zhì)膜，透過(guò)與發(fā)射參數(shù)可以到95%以上。

                                                                                     偏振分光棱鏡與λ/4波片組合

偏振分光經(jīng)與λ/4波片組合分光裝置，若入射光偏振方向平行于入射面，則可全部透過(guò)分束鏡（反射分量為0），經(jīng)過(guò)λ/4波片入射到被測(cè)面，返回時(shí)在此經(jīng)過(guò)λ/4波片，兩次經(jīng)過(guò)λ/4波片可使光的偏振方向轉(zhuǎn)過(guò)pi/2，即光束垂直于入射面，經(jīng)過(guò)分束器后被全部反射回探測(cè)器（透射分量為0），并無(wú)能量損失，這種結(jié)構(gòu)廣泛被應(yīng)用與各種干涉系統(tǒng)。

要想搞清楚偏振片與波片之間的實(shí)質(zhì)轉(zhuǎn)化,還要弄明白下面這個(gè).OLPF FILTER

光學(xué)低通濾波器大都是由兩塊或多塊石英晶體薄板構(gòu)成的，放在CCD傳感器的前面。目標(biāo)圖象信息的光束經(jīng)過(guò)OLPF后產(chǎn)生雙折射（分為尋常光o光束和異常光e光束）。根據(jù)CCD像素尺寸的大小和總感光面積計(jì)算出抽樣截止頻率，同時(shí)也可計(jì)算出o光和e光分開(kāi)的距離。改變?nèi)肷涔馐鴮?huì)形成差頻的目標(biāo)頻率，達(dá)到減弱或消除低頻干擾條紋的目的，特別是彩色CCD出現(xiàn)的偽彩色干擾條紋的目的。利用雙折射晶體制作光學(xué)低通濾波器，通過(guò)前置濾波，能夠有效地限制被采集圖像在光敏面上的頻譜寬度從而減小頻譜混疊。 

光軸就是O光，晶體的厚度就是雙折射方向?yàn)閑光，這個(gè)e光與晶體生長(zhǎng)成型后，用X光定向線(xiàn)切方向有關(guān)，在藍(lán)寶石中A方向?yàn)樯L(zhǎng)方向，C方向?yàn)樾鼻蟹较颉Ｔ谑⒕w里，Z軸為切割方向（即為分X軸，Y軸，Z軸）

上圖中簡(jiǎn)單的講：石英晶體的定向切割的晶向角0度轉(zhuǎn)0度的水晶片，或0轉(zhuǎn)90度的水晶片，只是改變成像的正向?qū)懛聪颍?度轉(zhuǎn)45度即1/4波片， 45度轉(zhuǎn)45度即1/2波片。而藍(lán)玻璃只是起到近紅外過(guò)濾更好一點(diǎn)。 所以在激光器中應(yīng)用的石英晶體（也叫水晶片），說(shuō)的旋光片，就是二分之一波片。就是把Tp轉(zhuǎn)化成Ts光。

偏振光Tp經(jīng)過(guò)一次1/2波片或者兩次1/4波片變成Ts