本文介紹了如何在 OpticStudio 中建模和設(shè)計真實的單色和消色差波片。它將演示如何使用雙折射材料，通過構(gòu)建評價函數(shù)來計算相位延遲，并使用 Universal Plot 將相位延遲與波片厚度的關(guān)系可視化。（聯(lián)系我們獲取文章附件） cYy @ cBR8HkP~ 雙折射材料和波片 JgKZ;GM:W Bp{`%86S E 常用大多數(shù)波片利用的是材料的雙折射特性。雙折射即材料的折射率取決于光的偏振方向和傳播方向。雙折射材料有很多種類型，然而單軸晶體型材料通常用于波片。單軸晶體有兩個相互垂直的固定折射率軸，其中一個是晶體光軸。通常光波由兩個偏振分量組成，這兩個偏振分量受不同的等效折射率控制。 4U;XqU Y
/ IBNQmVRrI 其中快軸平行于晶體光軸的方向 ，慢軸則與快軸正交。 2$W,R/CLh 'Qq_Xn 8 
cPaW J+c 圖 1. 雙折射材料以及光線路徑
這兩個方向稱為“快軸”和“慢軸”，其折射率值稱為尋常光折射率和非尋常光折射率。光沿快軸方向的折射率低，且光沿快軸方向的相速度比其慢軸方向快。 53*, f lF"(|n"R 一般來說，完全偏振光可以視為由兩個偏振分量組成。兩個偏振分量受不同的等效折射率控制。由于材料和偏振特性，入射偏振光在通過材料傳播時被分成快軸或慢軸兩個偏振分量。 v[DbhIX U N?{1'=Om 在制作波片時，需要將雙折射材料被切割成板狀，同時要選擇切割方向，使晶體光軸平行于板的表面。 9f %y)[ \ bKJ7vXC05 例如，我們考慮以與快軸成 45 度角入射波片的垂直方向的線偏振光。光波通過波片后，將被分成“快”軸和“慢”軸兩個偏振分量。這兩個偏振分量以不同的速率進(jìn)行相位累加，它們之間的相位差稱為“相位延遲”， 如圖 2 所示。 bKMR7&e.Ep v; }`?@G 這就是雙折射波片的基本原理。 ig _<kj;Vd u#@{%kPW 
ck_fEF 圖 2. 雙折射半波片中的偏振圖像
kxqc6 設(shè)計單色四分之一波片 Z t+FRR= u}LX,B-n( 在設(shè)計單色波片之前，理解上述理論十分重要。 .0f h>kQ ) !}-\5F 例如，四分之一波片將在光的兩個偏振分量之間引入四分之一波長相位延遲。要設(shè)計四分之一波片的話，我們可以使用如下公式來計算平行平板的厚度 t。 69j~?w)^ ]\ 2RV DC 
@?7 {%j* [ +MX$y 其中： X*9N[#wu6 · m 波片的階數(shù) SM /ykk · λ 是波長 fxoi<!|iGY · t 是雙折射平行平板的厚度 dbuJ~ ?D, · ne and no 是尋常光的折射率和非常光的折射率 q&Tn>B OpticStudio 的“雙折射”材料目錄中包含一些常用的雙折射材料。要使用該材料目錄的話，請在系統(tǒng)選項的“材料目錄”選項卡中選擇相關(guān)目錄，如圖 3 所示。 eBC%2TF 4,F3@m:< 
L}jF#*Q% 圖 3: 系統(tǒng)選項中的材料目錄選項卡
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bK 現(xiàn)在，我們以使用 QUARTZ 材料為例，這種材料一般是指結(jié)晶的氧化硅，且被稱為“晶體”。“快”軸方向在“QUARTZ”材料中定義，“慢”軸方向在“QUARTZ E”材料中定義。同時我們可以在 OpticStudio 的色散圖中檢查對應(yīng)折射率。 H1%[\X?= Jg|cvu-+ 
{pb9UUP2 圖 4. OpticStudio 中的色散圖
r2GK _$vd 此功能提供了折射率與波長的關(guān)系列表和圖表，如圖 5 所示。 ~ @4Z V ;6 4mf` 
p;u 1{ 圖 5. “QUARTZ” 以及“QUARTZ-E” 材料的折射率色散圖
xBRh !w 將 Glass 1 設(shè)置為 QUARTZ，將 Glass 2 設(shè)置為 QUARTZ-E 以查看圖表值，如圖 5 所示。 h#m:Y~GoF 95^i/6Gl!P 此時，no =1.5487281 和 ne = 1.579932，波長為 0.5 μm。 %t~SO kx E<<p_hX8R 石英板的最小厚度可以使用前面的公式計算得出厚度 t = 13.491 µm。 w
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