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螺旋相位片和零级涡旋半波片

作者:维尔克斯  时间:2020-8-12 15:48:18

        

        螺旋相位片与零级涡旋半波片都被用于产生空心的拉盖尔-高斯光束,俗称涡旋光。有些需要获得涡旋光束的应用场合,用户既可以选择零级涡旋半波片,又可以选择螺旋相位板,所以容易产生混淆。但零级涡旋半波片属于偏振元件,和入射光的偏振态有关,螺旋相位片是衍射元件(DOE),输出效果与入射光的偏振态无关。那么,零级涡旋半波片和螺旋相位片的区别酒精在哪里?我们做了如下对比。


零级涡旋半波片和螺旋相位板有很多相似之处

-它们都要求输入光束为基模的TEM00波,在这个前提条件下两个元件才能发挥作用;

-都是针对单波长起作用,例如800nm的零级涡旋半波片只能用于800nm的激光,如果波长变为1064nm,则需更换另一块零级涡旋半波片,对于螺旋相位片也是同样的道理;

-都有拓扑荷数的概念,而且有不同拓扑荷数的产品,例如m=1,2……9。两个产品拓扑荷数的定义一致,拓扑荷数每增加1,则涡旋光束的相位变化增加2π;

-两者同属于透射式的元件,透过率都大于98%,能量利用率非常高。



涡旋波片英文名称为Vortex Retarder,其用于光场调控,可以调控光场的振幅、相位等参数,可以生成矢量偏振光束和涡旋光束。其中,零级涡旋半波片(WPV)是采用液晶聚合物,能在整个通光孔径上产生特定的相位延迟,而它的快轴又在光学区域连续旋转,所以涡旋半波片能够就将偏振光调控成不同的偏振图案。


零级涡旋半波片可以产生空心的拉塞尔高斯光束,但是最终光束的偏振方向不同,m=1的波片产生的空心孔比m=2更小、更圆。当入射光的波长与设计的波长出现偏差时,所得到的空心孔的光束轮廓就会变差。几乎所有的涡旋波片所产生的径向偏振光在垂直光传播的横截面上的电场矢量都是沿圆的径向呈射线状。


图4 径向偏振光

对于零级涡旋半波片而言,它可以将线性偏振光转变为矢量偏振光,如果入射光的偏振方向与涡旋波片0°快轴角度平行时,出射光为径向偏振光;如果出射光的偏振方向与涡旋波片0°快轴角度垂直时,出射光为角向偏振光;如果入射光的偏振方向与涡旋波片0°快轴成一定角度时,光束的结构为环形,中心为暗斑。当入射光为圆偏振光时,涡旋波片可以讲入射光转换为涡旋光束,光强分布也是环形光斑,中心为暗斑。


对于螺旋相位片,激光光束通过之后相位分布会发生改变,但是振幅分布不变,通常情况下所得到的光束不再是单模光束,而是很多模式的叠加。



零级涡旋半波片和螺旋相位板的区别

-首先,螺旋相位片专门产生涡旋光,用户一般注重使用其调制轨道角动量的特性;零级涡旋半波片是采用液晶材料的偏振光学元件,输入光的偏振态对输出光束有很大影响,可以控制输出光束实现多种偏振状态

-材料不同,螺旋相位片采用熔融石英材料,不管应对超大功率激光还是高能量的超快飞秒激光都游刃有余,而零级涡旋半波片由于采用液晶聚合物材料,在损伤阈值方面都有很大差距,高功率激光有可能将其打坏;

-涡旋波片能将入射的TEM00的高斯光转换成两种不同的环形光束,分别是矢量偏振光束和涡旋光束,而螺旋相位片只能生成涡旋光束。


零级涡旋半波片和螺旋相位波片的对比总结

产品名称

螺旋相位片

零级涡旋半波片

是否可以生成涡旋光束

是否可以生成矢量偏振

入射光束

TEM00激光

TEM00激光

产品功能

产生拉塞尔高斯空心光束(涡旋光)

产生拉塞尔高斯空心光束(涡旋光)

一个产品对应的波长数量

1

1

产品材质

熔融石英

液晶聚合物(LCP

透射率

~100%

>98%

损伤阈值

极高




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