Le piastre d'onda sono la chiave per il controllo della polarizzazione di precisione nell'ottica

Oltre alla luminosità e al colore, la luce possiede un'altra proprietà affascinante: la polarizzazione.e le piastre d'onda servono come le bacchette magiche che manipolano lo stato di polarizzazione della luceQuesto articolo esplora i principi di funzionamento, i tipi e le diverse applicazioni delle piastre d'onda, aprendo nuovi orizzonti nel controllo ottico.

L'interazione tra luce e materia assomiglia a una danza fisica complessa. Mentre la lunghezza d'onda della luce determina il ritmo, la dispersione del materiale aggiunge carattere unico a questa performance.Come la luce viaggia attraverso i materialiLa bifringenza emerge come una variazione accattivante di questa danza,che si verificano quando i materiali presentano indici di rifrazione diversi per diverse direzioni di polarizzazione.

In alcuni cristalli con ordini atomici ordinati, diverse direzioni di vettore elettrico incontrano frequenze di risonanza distinte.Questo crea indici di rifrazione variabili per le diverse direzioni di polarizzazioneA differenza della dispersione, la birefringenza può essere evitata utilizzando materiali non cristallini o cristalli con simmetria semplice.Possiamo anche sfruttare la birefringenza per alterare deliberatamente lo stato di polarizzazione della luce attraverso piastre d'onda birefringenti, conosciuti anche come ritardanti.

L'essenza delle piastre d'onda risiede nella loro struttura cristallina unica, tagliando i cristalli con precisione, possiamo ridurre al minimo l'indice di rifrazione per specifiche direzioni di polarizzazione, conosciute come asse veloce,dove le onde luminose raggiungono la velocità massima di fase.

Quando si ruota la polarizzazione lineare di 90°, la luce incontra l'indice di rifrazione massimo e la velocità di fase minima (l'asse lento).se l'asse veloce mostra 22⁄3 lunghezze d'onda mentre l'asse lento mostra 4, il rapporto di indice di rifrazione sarebbe 2:3 (esagerato per chiarezza).

La costante di fase di propagazione (k) è uguale a 2πfn/c radiani/metro, dove f è la frequenza, n è l'indice di rifrazione e c è la velocità della luce.La luce che attraversa un cristallo di lunghezza L subisce uno spostamento di fase φ = 2πfnL/cLa differenza tra gli spostamenti di fase lungo gli assi veloci e lenti definisce il ritardo (Γ = 2πf ((n_lento- n_veloce) L/c), normalmente misurata in unità di lunghezza d'onda piuttosto che in radiani.

Tra le piastre d'onda, le piastre a mezza onda (Γ = π) e a quarta onda (Γ = π/2) sono le più comuni.la sua polarizzazione ruota di 2θCiò si rivela inestimabile per regolare la polarizzazione del laser, specialmente con grandi laser immobili.

Per allineare una piastra a mezza onda, prima utilizzare un polarizzatore per trovare l'estinzione (polarizzazione orizzontale), quindi inserire la piastra e ruotare fino a quando l'estinzione rimane “marcando un asse.Ruotando 45° da questa posizione si ottiene una rotazione di polarizzazione di 90°Per gli altri angoli, ruotare la piastra della metà dell'angolo di rotazione desiderato.

Le piastre a un quarto di onda si convertono tra polarizzazione lineare e circolare quando la luce incidente fa 45° su entrambi gli assi.creando un modello di vettore elettrico a spirale con polarizzazione circolare a destra o a sinistra a seconda dell'orientamento.

L'allineamento rispecchia il processo della piastra a mezza onda: utilizzare un polarizzatore per trovare l'estinzione, inserire la piastra a un quarto di onda, ruotare per mantenere l'estinzione, quindi ruotare di 45°.La polarizzazione circolare perfetta mostra un'intensità costante attraverso un polarizzatore rotanteLa variazione di intensità indica una polarizzazione ellittica, suggerendo uno squilibrio di lunghezza d'onda.

Altri valori di ritardo generalmente producono una polarizzazione ellittica, ad eccezione di λ/2, che mantiene la polarizzazione lineare a 2θ.Le piastre a quarto d'onda creano solo una polarizzazione circolare perfetta a un'incidenza esatta di 45°.

Le piastre d'onda hanno principalmente due funzioni: ruotare i piani di polarizzazione (mezza onda) e creare una polarizzazione circolare (onda del quarto).Le piastre a quarto d'onda convertono anche la polarizzazione circolare in lineare invertendo la direzione della luce.

Nei sistemi di isolamento ottico, le piastre a un quarto di onda combinate con i polarizzatori eliminano i riflessi indesiderati.Purificano anche la polarizzazione nei sistemi con riflessi speculari multipli che potrebbero indurre una polarizzazione ellitticaLe piastre a onde piene possono correggere una minore ellitticità con un'attenta inclinazione.

Mentre molti cristalli naturali mostrano bifrangenza, le piastre d'onda pratiche spesso usano materiali come la calcite o il quarzo cristallino.le loro grandi differenze di indice di rifrazione richiederebbero piastre a mezz'onda veramente sottiliLe alternative includono la birefringenza indotta da stress nei polimeri o nelle piastre ondulate di ordine multiplate – componenti più spesse che funzionano come piastre a mezza onda solo a lunghezze d'onda specifiche.

Le vere piastre d'onda di ordine zero combinano due ritardatori con differenza di mezza onda (allineati velocemente all'asse lento), riducendo al minimo la lunghezza d'onda e la sensibilità alla temperatura.di larghezza superiore a 20 mm,₂I laminati tra le finestre rivestite con AR offrono prestazioni superiori.

I compensatori Berek, sviluppati nel 1913, servono come piastre d'onda sintonizzabili regolabili da 200-2800 nm ruotando piastre di calcite o fluoruro di magnesio.Questi ritardatori variabili riducono significativamente il numero di piastre di compensazione necessarie per la microscopia luminosa polarizzata quantitativa.