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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)生渦旋光的零級渦旋半波片和螺旋相位板
2020-6-15 閱讀(1964)
螺旋相位片與零級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)用場合，用戶既可以選擇零級渦旋半波片，又可以選擇螺旋相位板。但零級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渦旋半波片呢？海納光學(xué)特意為行業(yè)同仁做了如下對比。
零級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，在這個前提條件下兩個元件才能發(fā)揮作用；
-都是針對單波長起作用，例如800nm的零級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渦旋半波片，對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，可用于光場調(diào)控，可以調(diào)控光場的振幅、相位等參數(shù)，可以生成矢量偏振光束和渦旋光束。其中，零級渦旋半波片（WPV）是采用液晶聚合物，能在整個通光孔徑上產(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)計的波長出現(xiàn)偏差時，所得到的空心孔的光束輪廓就會變差。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矢量都是沿圓的徑向呈射線狀。
圖4 徑向偏振光
對于渦旋波片而言，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，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，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，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，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，應(yīng)該選擇零級或者真零級波片；當(dāng)波長的帶寬和溫度帶寬沒有要求，多級波片應(yīng)該是性價比較高的選擇。
零級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。
螺旋相位片和零級渦旋半波片的對比
產(chǎn)品名稱 | 螺旋相位片 | 零級渦旋半波片 |
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） |
一個產(chǎn)品對應(yīng)的波長數(shù)量 | 1個 | 1個 |
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 |
