Loading color scheme

Полуволновая Пластинка

Полуволновая пластина – это оптический элемент  (прозрачная, плоско-параллельная пластинка) предназначенный для изменения угла плоскости поляризации лазерного излучения. Полуволновая пластина изготавливается, как правило, из двулучепреломляющих кристаллов. Двулучепреломляющий кристалл имеет разные показатели преломления для разных углов поляризации. В результате, падающий на такой кристалл неполяризованный свет, делиться на обыкновенный (o) и необыкновенный (e) лучи, поляризованные во взаимно-перпендикулярных плоскостях (Рис.1).

 

pp pic 1

Рис.1  Разделение падающего неполяризованного света на обыкновенный луч (о)  и необыкновенный луч (е) в двулучепреломляющих кристаллах

Если на двулучепреломляющий кристалл падает поляризованный свет, то при выходе необыкновенный луч отстает от обыкновенного на некоторую разность хода (рис.2). В результате излучение остается плоско поляризованным, но угол поляризации меняется. Полуволновой фазовой пластиной называется пластина, вводящая между обыкновенным и необыкновенным лучами разность хода, равную половине длине волны.

 pp pic 6

Рис. 2 Отставание фазы необыкновенного луча (синий) от обыкновенного (зеленый)

 Когда полуволновая пластина повернута на угол φ, выходной угол поляризации изменяется на 2φ. Таким образом, вращая полуволновую пластину, можно менять угол поляризации проходящего  через неё плоско поляризованного лазерного излучения (рис.3).

pp pic 2

Рис. 3 Вращение плоскости поляризации

Разность фаз δ зависит от разницы показателя преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей (ne - no) длины волны излучения λ и толщины пластины d и определяется формулой (1)

δ = 2*π * (ne - no) * d / λ;    (1)

Для изменения плоскости поляризации конкретной длины волны подбирается толщина кристалла d соответствующая условиям в формуле (1).

Изменение угла поляризации в голографических схемах применяется для решения двух основных задач.

1. Для разделения излучения на опорную и предметную ветвь. Соотношение интенсивностей прошедшего и отраженного света в поляризационном светоделительном кубике (PBS), зависит от угла поляризации излучения и, меняя угол поляризации, можно плавно настраивать соотношение интенсивности опорного и предметного пучков Рис.4.

pp pic 3

Рис. 4  Разделение пучков с разным углом поляризацией в PBS.

2. В некоторых голографических схемах, особенно в тех случаях, когда опорный пучок освещает фотопластину со стороны эмульсии, на поверхности эмульсии образуются интерференционные полосы как результат взаимодействия падающего пучка и паразитного отражения от задней поверхности стекла фотопластины. Устранить этот дефект можно, если освещать пластину под углом близким к углу Брюстера.
Если на границу раздела сред неполяризованный свет падает, под углом Брюстера θ, то отраженный свет будет полностью поляризован в плоскости перпендикулярной плоскости падения. Если на границу раздела сред падает линейно поляризованный свет, он не будет отражен, если плоскость поляризации параллельна плоскости падения (Рис. 5). Таким образом меняя полуволновой пластиной угол поляризации можно получить минимальное отражение, что устранит эффект от интерференционных полос.

 

pp pic 4

Рис 5. Отсутствие отраженного излучения под углом Брюстера.

Исходя из условий в формуле (1), для каждой длины волны существует некая, уникальная, толщина полуволновой пластины и поэтому для использования в цветных голографических схемах необходимо использовать три разных полуволновых пластины для каждой длины волны.

pp pic 5

Рис. 6  Широкополосная Полуволновая пластинка (CRYSTAL QUARTZ/SS/MgF2) компании Thorlabs

В ряде случаев, в схеме удобнее пользоваться ахроматическими (широкополосными) полуволновыми пластинками. Такая пластина изготавливаются на основе набора из нескольких двулучепреломляющих пластин из кварца, фторида магния и сапфира. Использование данных материалов позволяет получить минимальную зависимость изменения угла поляризации от длины волны (рис.6).