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深圳海納光學(xué)有限公司
主營產(chǎn)品： 激光護(hù)目鏡，可飽和吸收鏡，衍射光學(xué)元件，光束整形器，太赫茲透鏡，太陽能模擬器，太赫茲相機(jī)，激光測(cè)量儀，離軸拋物面鏡，微透鏡陣列 |
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能夠產(chǎn)生渦旋光的零級(jí)渦旋半波片和螺旋相位板
2020-6-15 閱讀(1965)
螺旋相位片與零級(jí)渦旋半波片都被用于產(chǎn)生空心的拉蓋爾-高斯光束，俗稱渦旋光。有些需要獲得渦旋光束的應(yīng)用場(chǎng)合，用戶既可以選擇零級(jí)渦旋半波片，又可以選擇螺旋相位板。但零級(jí)渦旋半波片是偏振元件，和入射光的偏振態(tài)有關(guān)，螺旋相位片是衍射元件（DOE），輸出效果與入射光的偏振態(tài)無關(guān)。那么，如何區(qū)分螺旋相位片與零級(jí)渦旋半波片呢？海納光學(xué)特意為行業(yè)同仁做了如下對(duì)比。
零級(jí)渦旋半波片和螺旋相位板有很多相似之處
-它們都要求輸入光束為基模的TEM00波，在這個(gè)前提條件下兩個(gè)元件才能發(fā)揮作用；
-都是針對(duì)單波長起作用，例如800nm的零級(jí)渦旋半波片只能用于800nm的激光，如果波長變?yōu)?064nm，則需更換另一塊零級(jí)渦旋半波片，對(duì)于螺旋相位片也是同樣的道理；
-都有拓?fù)浜蓴?shù)的概念，而且有不同拓?fù)浜蓴?shù)的產(chǎn)品，例如m=1,2……9。兩個(gè)產(chǎn)品拓?fù)浜蓴?shù)的定義一致，拓?fù)浜蓴?shù)每增加1，則渦旋光束的相位變化增加2π；
-兩者同屬于透射式的元件，透過率都大于98%，能量利用率非常高。
當(dāng)激光通過螺旋相位片以后它的相位分布發(fā)生了改變，但是振幅分布不變，通常情況下所得到的光束不再是單模光束，而是很多模式的疊加。
渦旋波片（Vortex Retarder）作為一種偏振光學(xué)元件，可用于光場(chǎng)調(diào)控，可以調(diào)控光場(chǎng)的振幅、相位等參數(shù)，可以生成矢量偏振光束和渦旋光束。其中，零級(jí)渦旋半波片（WPV）是采用液晶聚合物，能在整個(gè)通光孔徑上產(chǎn)生特定的相位延遲，而它的快軸又在光學(xué)區(qū)域連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以渦旋半波片能夠就將偏振光調(diào)控成不同的偏振圖案。
拓?fù)浜蓴?shù)為1或2的零級(jí)渦旋半波片都可以產(chǎn)生空心的拉塞爾高斯光束，但是zui終光束的偏振方向不同，m = 1的波片產(chǎn)生的空心孔比m=2更小、更圓。當(dāng)入射光的波長與設(shè)計(jì)的波長出現(xiàn)偏差時(shí)，所得到的空心孔的光束輪廓就會(huì)變差。幾乎所有的渦旋波片所產(chǎn)生的徑向偏振光在垂直光傳播的橫截面上的電場(chǎng)矢量都是沿圓的徑向呈射線狀。
圖4 徑向偏振光
對(duì)于渦旋波片而言，它可以將線性偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶科窆?如果入射光的偏振方向與渦旋波片0°快軸角度平行時(shí)，出射光為徑向偏振光；如果出射光的偏振方向與渦旋波片0°快軸角度垂直時(shí)，出射光為角向偏振光；如果入射光的偏振方向與渦旋波片0°快軸成一定角度時(shí)，光束的結(jié)構(gòu)為環(huán)形，中心為暗斑。
當(dāng)入射光為圓偏振光時(shí)，渦旋波片可以講入射光轉(zhuǎn)換為渦旋光束，光強(qiáng)分布也是環(huán)形光斑，中心為暗斑。
當(dāng)波片的適用范圍是在較寬溫度和波長時(shí)，應(yīng)該選擇零級(jí)或者真零級(jí)波片；當(dāng)波長的帶寬和溫度帶寬沒有要求，多級(jí)波片應(yīng)該是性價(jià)比較高的選擇。
零級(jí)渦旋半波片和螺旋相位板也有一些明顯的區(qū)別
-首先，零級(jí)渦旋半波片是采用液晶材料的偏振光學(xué)元件，輸入光的偏振態(tài)對(duì)輸出光束有很大影響，可以控制輸出光束實(shí)現(xiàn)多種偏振狀態(tài)。而螺旋相位片專門產(chǎn)生渦旋光，用戶一般更注重使用其調(diào)制軌道角動(dòng)量的特性；
-材料不同，螺旋相位片采用熔融石英材料，不管應(yīng)對(duì)超大功率激光還是高能量的超快飛秒激光都游刃有余，而零級(jí)渦旋半波片由于采用液晶聚合物材料，在損傷閾值方面都有很大差距，高功率激光有可能將其打壞；
-渦旋波片能將入射的TEM00的高斯光轉(zhuǎn)換成兩種不同的環(huán)形光束，分別是矢量偏振光束和渦旋光束，而螺旋相位片只能生成渦旋光束。
螺旋相位片和零級(jí)渦旋半波片的對(duì)比
產(chǎn)品名稱 | 螺旋相位片 | 零級(jí)渦旋半波片 |
是否可以生成渦旋光束 | 是 | 是 |
是否可以生成矢量偏振 | 否 | 是 |
入射光束 | TEM00激光 | TEM00激光 |
產(chǎn)品功能 | 產(chǎn)生拉塞爾高斯空心光束（渦旋光） | 產(chǎn)生拉塞爾高斯空心光束（渦旋光） |
一個(gè)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的波長數(shù)量 | 1個(gè) | 1個(gè) |
產(chǎn)品材質(zhì) | 熔融石英（%） | 液晶聚合物（LCP）（%） |
透射率 | ~100 | >98 |
損傷閾值 | * | 中 |
