Placa de onda

definición:
Una hoja transparente con birefringencia específica, utilizada para cambiar el estado de polarización de la luz.

Una placa de onda (o placa de retardo) es una placa transparente con birefringencia específica, típicamente usada para controlar el estado de polarización de un haz de luz. Una placa de onda tiene un eje rápido y un eje lento, tanto perpendiculares a la superficie como a la dirección de propagación del haz, y mutuamente perpendiculares. La velocidad de fase de la luz polarizada en la dirección del eje rápido es ligeramente mayor. El retardo óptico requerido (diferencia de retardo de fase en dos direcciones de polarización) solo se puede obtener dentro de un intervalo limitado de longitud de onda y un intervalo limitado de ángulo de incidente.  

Tipos y aplicaciones 
La placa de onda más común es una placa de cuarto de onda (λ/4 Placa y placa de media ondaλ/2La diferencia de retraso de fase entre las dos direcciones de polarización de la película esπ/2yπLas correspondientes distancias de propagación de fase sonλ / 4yλ / 2
Aquí hay algunas conclusiones importantes:

1. Si el haz está polarizado linealmente y la dirección de polarización está a lo largo de un eje de la placa de onda, entonces la dirección de polarización no cambia.  
2. Si el estado de polarización incidente no coincide con ningún eje y la placa de onda es una placa de onda media, entonces la luz polarizada permanece polarizada linealmente, pero la dirección de polarización gira. Si el ángulo entre la luz polarizada linealmente y el eje es45°La dirección de polarización gira90°
3. Si el ángulo entre la luz polarizada incidente y el eje es45°Utilizando una placa de cuarto de onda, se puede obtener luz polarizada circularmente. (Otra luz polarizada linealmente se convertirá en luz polarizada elípticamente.) Por el contrario, la luz polarizada circularmente se puede obtener como luz polarizada linealmente pasando a través de una placa de cuarto de onda.  

En la cavidad de resonancia láser, colocar dos placas de cuarto de onda en ambos lados del medio de ganancia puede lograr una operación de frecuencia única (ver técnica de modo torcido). La colocación de una placa de media onda entre el cristal láser y el espejo de cavidad resonante puede reducir las pérdidas de despolarización. La combinación de placa de media onda y polarizador puede lograr un acoplador de salida con transmitancia ajustable.  
Las placas de onda generalmente están hechas de cristales de cuarzo (SiO2Hecho porque tiene alta transparencia en un amplio rango de longitud de onda y alta calidad óptica. También hay algunos otros materiales (aplicados a otros rangos de longitud de onda) que se pueden usar, como la calcita (CaCO3fluoruro de magnesio (MgF2El zafiro (Al2O3Mica (un tipo de material de sílice) y algunos polímeros birefringentes.  

Placas de onda de orden cero y multietapa 
Hay muchos tipos de placas de onda:

1. Las placas de onda de orden cero son muy delgadas, y el retraso de fase de la luz en ambas direcciones de polarización es tan pequeño como el de las placas de onda media.πEsta es una situación ideal, ya que la placa de onda de orden cero es muy delgada e inconveniente, especialmente para materiales refractivos fuertes como la calcita, el proceso de preparación es muy difícil y requiere una fabricación muy delicada. Y la interfaz entre los dos reduce el umbral de daño.  
2. El cambio de fase relativo de la placa de onda multietapa aumenta, que es el valor requerido más2πEl múltiplo entero. Aunque el rendimiento es el mismo en la longitud de onda diseñada, el ancho de banda óptico de esta placa de onda está limitado por el cambio de fase relativo real. Además, el retardo de fase es más sensible a la temperatura. Las placas de ondas de bajo nivel se refieren a placas de ondas multietapa con series relativamente pequeñas, lo que puede reducir los efectos adversos mencionados anteriormente. 
3. Una placa de onda de orden cero efectiva (o placa de onda de orden cero neta) consiste en dos placas de onda multietapa con grosores ligeramente diferentes, que se pegan juntas o en contacto óptico, o dejan un hueco entre las dos placas de onda multietapa a mayor potencia. El eje lento de una placa de onda es paralelo al eje rápido de otra placa de onda, de modo que la birefringencia de las dos placas de onda es casi cancelada. Es necesario ajustar la diferencia de grosor entre los dos para obtener el cambio de fase neto deseado. Este dispositivo puede funcionar en un amplio intervalo de longitudes de onda.  

También se pueden hacer dos placas de onda de color para combinar materiales con diferentes dispersiones (como cuarzo y fluoruro de magnesio), lo que resulta en un retraso casi constante en un amplio rango espectral (varios cientos de nanómetros). Además, hay placas de onda larga de onda doble que pueden obtener valores de retardo de fase fijo en dos longitudes de onda separadas. Esta propiedad se utiliza a veces en la conversión de frecuencia no lineal, como en el proceso de tercera generación armónica.  

Algunos problemas 
Además del rendimiento óptico básico mencionado anteriormente, las placas de onda también tienen algunos problemas relacionados:

1. El material tiene una alta transparencia dentro del rango de longitud de onda utilizado.  
2. La relación entre el retraso de fase, la temperatura y el ángulo está relacionada con el diseño específico.  
3. Las placas de onda de alta calidad tienen un retardo consistente a lo largo de toda la apertura numérica o la mayor parte del rango de apertura numérica.  
4. La reflexión de la superficie puede afectar el rendimiento, y se pueden usar recubrimientos antirreflectantes para reducirlo. 
5. El umbral de daño óptico es importante cuando se aplica a sistemas láser pulsados.  
6. Algunas placas de onda tienen una carcasa, lo que hace que sea fácil girarlas por un ángulo específico o observar la dirección de sus ejes rápidos y lentos.  

En algunas aplicaciones, es difícil satisfacer todos los requisitos de la oblea. Por lo tanto, es necesario tomar otros métodos, tales como cambiar la dirección de polarización del haz láser. Utilizando tres45°El reflector puede girar la dirección de polarización90° Primero, incline la viga a la derecha, luego hacia arriba y finalmente vuelva a su dirección original.  

Dispositivos relacionados 
Hay algunos dispositivos relacionados con las placas de onda:

1. Los retardadores en forma de diamante Fresnel y otros retardadores de prisma tienen la misma función básica que las placas de onda, pero utilizan cambios de fase dependientes de la polarización durante la reflexión total. En principio, puede funcionar en situaciones de banda ancha.  
2. Babinet-SoleilEl compensador incluye un par de cuñas birefringentes que pueden usarse como placas de onda, y el grado de retardo varía.  
3. También hay algunos controladores de polarización de fibra óptica que tienen funciones similares.  
4. Los cristales electroópticos y los dispositivos de cristal líquido pueden usarse como placas de onda controladas eléctricamente y también como dispositivos de retardo activos.