什么是偏振片？
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发布时间：2023-03-23 14:03:28
定义：是一种光滤波器，光的透射率与偏振方向直接相关。
偏振片是一种光滤波器，其中光的透射率与其偏振状态直接相关。通常是某一方向的線(xiàn)偏振光可(kě)以通过，而偏振方向与其垂直的光则不能(néng)通过：会被吸收或者反射到其它的方向上。
还可(kě)以制作只有(yǒu)特定方向的圆偏振光可(kě)以通过的器件，一般是采用(yòng)一个或者多(duō)个四分(fēn)之一波片与線(xiàn)偏振片结合起来。
偏振片并不能(néng)将任意偏振态的入射光转化成需要的偏振方向。它只能(néng)消除不需要的偏振光。
特定的線(xiàn)偏振态的光可(kě)以完全通过（不会产生任何能(néng)量损耗），而与其垂直的方向偏振的光则完全不能(néng)通过。
通过光的偏振度為(wèi)100%，并且電(diàn)场横截面不会发生改变。
任何波長(cháng)、任意功率的光都适用(yòng)。
实际中的偏振片并非如此。实际中，它会吸收或反射一部分(fēn)的能(néng)量，并且吸收部分(fēn)的能(néng)量会引起热效应引起光束畸变。性能(néng)很(hěn)大程度上取决于所采用(yòng)的偏振片的类型。
有(yǒu)时采用(yòng)偏振片是為(wèi)了保证输出是線(xiàn)偏振的（具有(yǒu)很(hěn)高的偏振度），因此入射光偏振态的改变等是不关心的。
有(yǒu)些情况下需要分(fēn)离开不同的偏振成分(fēn)。通常，二者都需要很(hěn)高的偏振度。
偏振片也可(kě)以用(yòng)于偏振合束，得到的光可(kě)能(néng)是偏振的也可(kě)能(néng)是非偏振的。（参阅偏振合束。）
低功率时，通常采用(yòng)偏光过滤器（偏振板）。包含一个特殊掺杂的塑料板（复合材料），并且在一个方向上存在拉伸，这样复合物(wù)大致在一个方向上排列。光的偏振方向与该方向一致时会被强烈吸收，而垂直于该方向的光吸收则非常弱。这种聚合物(wù)板通常放置在很(hěn)坚固的物(wù)體(tǐ)上面，通常在上面存在标记，指示max透射对应的方向。
偏光镜也是采用(yòng)类似的板。太阳镜中只有(yǒu)竖直偏振的光可(kě)以透射。这可(kě)以减小(xiǎo)从水表面反射的强光，因為(wèi)水平偏振光在该表面上的反射更强。在3D偏振眼睛中，一只眼睛得到的是垂直偏振光，而另一只眼睛则是水平偏振光。因此，3D显示器透射不同的影像到人的两只眼睛中。
聚合物(wù)板偏振片可(kě)以非常大，并且很(hěn)便宜。
更新(xīn)的吸收偏振片是将银或铜纳米颗粒嵌入到薄玻璃片上得到的。这种玻璃偏振片非常昂贵，并且现在还不能(néng)制作非常大的尺寸，但是在偏振消光比方面比传统的好很(hěn)多(duō)。层压结构更加坚固，并且波前畸变很(hěn)小(xiǎo)。
吸收滤波器只能(néng)工作在有(yǒu)限的功率范围内（损伤阈值低），因為(wèi)吸收的能(néng)量会转化成热，然后引起光學(xué)损伤。对于一个简单的聚合物(wù)板偏振片，光强只能(néng)达到 1 W/cm2。
将不能(néng)通过偏振片的光反射到其它方向时，偏振片就可(kě)以工作于更高功率的情况。（如果反射后需要把光吸收，可(kě)以采用(yòng)束流收集器，它能(néng)够承担比光學(xué)器件高很(hěn)多(duō)的功率。）大多(duō)数偏振分(fēn)束器利用(yòng)了透明晶體(tǐ)材料的双折射，例如，石英（SiO2），方解石（CaCO3），钒酸钇（YVO4），β-硼酸钡（BBO）或氟化镁（MgF2）。通常会将两种不同光轴指向的材料粘在一起（或者中间存在很(hěn)小(xiǎo)的空隙）。装置会采用(yòng)聚合物(wù)外壳，其中包含一个束流收集器来吸收不能(néng)通过的光。
S偏振光发生全反射，而由于入射角接近于布儒斯特角，因此p偏振的反射率很(hěn)小(xiǎo)。
双折射偏振片采用(yòng)了不同的物(wù)理(lǐ)原理(lǐ)：
有(yǒu)的偏振片，例如，Nichol棱镜， Glan-Thompson棱镜，Glan-Taylor棱镜和Glan-Foucault棱镜，一个偏振态会发生全反射，而另一个偏振态不会，因此可(kě)以得到完全不同的输出光束。
还有(yǒu)一些其它的偏振片，例如，Wollaston棱镜，Nomarski棱镜，Rochon棱镜和Senarmont棱镜，利用(yòng)双折射后得到不同的折射角。这里两束光分(fēn)离的比较小(xiǎo)。
这些双折射晶體(tǐ)偏振片的差别體(tǐ)现在：
用(yòng)作偏振分(fēn)束器的，例如Wollaston棱镜，两个出射光束是完全偏振的。而其它的装置则不是，例如，Glan-Thompson棱镜，Glan-Foucault棱镜和Glan-Taylor棱镜（这些也可(kě)以优化成分(fēn)束器）。很(hěn)多(duō)情况下只需要用(yòng)到一个出射光，因此这一方面不太需要考虑。
有(yǒu)些偏振片中（例如，Glan-Taylor透镜，Glan-Foucault棱镜，Rochon棱镜和Senarmont棱镜），只有(yǒu)一束光没有(yǒu)偏移，即在偏振器中连续传播，传播方向与入射光束相同。
有(yǒu)些器件只适用(yòng)于某一很(hěn)窄范围内的入射角度，而有(yǒu)些器件的接受角范围很(hěn)大。例如，Glan-laser棱镜是在Glan-Taylor棱镜基础上变化而来的，只工作于很(hěn)窄入射角范围（采用(yòng)弱发散激光光束时没有(yǒu)问题），但是光學(xué)损耗很(hěn)小(xiǎo)，损伤阈值很(hěn)高。
采用(yòng)胶黏剂的器件比采用(yòng)空隙的器件的光學(xué)损伤阈值低。
很(hěn)多(duō)偏振片具有(yǒu)抗反射涂层，该涂层只在有(yǒu)限波長(cháng)范围内起作用(yòng)。
有(yǒu)些晶體(tǐ)材料，例如BBO，可(kě)以工作于很(hěn)短波長(cháng)时，例如紫外光谱區(qū)域，而其它的则适用(yòng)于红外光。
由于不同条件下对偏振片的要求不同，因此需要设计多(duō)种双折射偏振片来满足实际的需求。
薄膜偏振片也有(yǒu)很(hěn)多(duō)类型。图2所示的薄膜偏振片包含了玻璃衬底和其上的介质涂层。（衬底材料不需要是双折射的。）在非垂直入射时（入射角在某一范围），涂层的反射率与偏振有(yǒu)关。可(kě)能(néng)在偏转角為(wèi)90°处得到没有(yǒu)通过的光束。很(hěn)多(duō)薄膜偏振器都工作于布儒斯特角度，这时不需要采用(yòng)抗反射涂层。
偏光立方體(tǐ)分(fēn)束器是在一个45°棱镜上采用(yòng)介质涂层，另一个45°棱镜黏在涂层上，因此总體(tǐ)是一个立方體(tǐ)结构。
它们只能(néng)工作在有(yǒu)限波長(cháng)范围内，多(duō)层介质中的干涉效应与波長(cháng)有(yǒu)关。然而，还是可(kě)以工作在几百纳米的范围内的。
薄膜偏振片的一个优势在于可(kě)以制作很(hěn)大的尺寸，这对于晶體(tǐ)（双折射）偏振片很(hěn)困难。
線(xiàn)栅偏振片是将很(hěn)窄（亚波長(cháng)）的金属条制备在玻璃衬底上（采用(yòng)光刻技术）或制备在无支撑设备上（波長(cháng)更長(cháng)时）。这种装置会反射s偏振光，p偏振光则会透射。这种偏振片可(kě)以工作在很(hěn)高功率的情况。
偏振片可(kě)由下面一些参数来表征其性能(néng)：
透射偏振态的损耗需要尽量小(xiǎo)。这里并不用(yòng)损耗来表征，而是采用(yòng)通过量（例如，99.5%）。该参数受限于抗反射涂层。
需要尽量抑制不能(néng)通过的偏振光。常用(yòng)的参数是偏振消光比（或对比度），是最小(xiǎo)透射率与最大透射率的比值。普通的板偏振片的消光比仅為(wèi)1:500，而高质量双折射偏振片（例如，Glan-Taylor棱镜）可(kě)以达到1：106。有(yǒu)时也需要表征消光本身，是入射光中不能(néng)通过的光占入射光束的比值。偏振片中两个输出光的偏振消光比可(kě)能(néng)差别很(hěn)大。例如，偏振立方體(tǐ)的反射光束比透射光束的偏振消光比低很(hěn)多(duō)。
每个偏振片都有(yǒu)标称的波長(cháng)范围。也就是在该范围内可(kě)以得到其他(tā)参数的值。激光線(xiàn)偏振片通常是薄膜偏振片，通常优化在某一窄波長(cháng)范围内工作，并且性能(néng)很(hěn)好。基于双折射的薄膜偏振片可(kě)以工作在很(hěn)宽的波長(cháng)范围内。
入射角度范围也是有(yǒu)限的。例如，偏振立方體(tǐ)工作的角度范围很(hěn)窄（只有(yǒu)3°），采用(yòng)强发散光是不适用(yòng)的，但是将其用(yòng)于准直激光光束不存在任何问题。有(yǒu)些偏振片的角度范围可(kě)以达到10°甚至更大。尤其是二色性玻璃偏振片和線(xiàn)栅偏振片。
在很(hěn)多(duō)应用(yòng)中需要波長(cháng)畸变很(hěn)小(xiǎo)，否则偏振器会使光束质量变差。考虑到这个方面，二色性聚合物(wù)偏振片和線(xiàn)栅偏振片就存在问题，而晶體(tǐ)偏振片的波前畸变很(hěn)小(xiǎo)。
每个偏振片都存在最大的平均功率。对于非吸收偏振片，在寄生损耗比较小(xiǎo)时，该功率会比较高。
尤其是当采用(yòng)强激光脉冲工作时，例如调Q激光器，光學(xué)阈值损耗很(hěn)重要。在峰值功率很(hěn)高时，需要很(hěn)大的通光孔径。然而，大的通光孔径通常价格更高，尤其是晶體(tǐ)（双折射）偏振片。而薄膜偏振片和板偏振片，制作很(hěn)大的尺寸比较容易。
在实际应用(yòng)中，几何特性也是很(hěn)需要关心的。有(yǒu)的偏振片比通光孔径長(cháng)，而有(yǒu)的则非常薄。反射的偏振组分(fēn)的角度也是非常重要的。可(kě)以设计為(wèi)45°，有(yǒu)的情况下，需要得到足够大的角方向的分(fēn)离。
还有(yǒu)一个关心的参数是引入的色散大小(xiǎo)，例如，当超短脉冲透过長(cháng)的晶體(tǐ)偏振器的情况下。
在极限波長(cháng)區(qū)域很(hěn)难得到很(hěn)好性能(néng)的偏振片，尤其是紫外光谱區(qū)域。
在具體(tǐ)应用(yòng)中选择合适的偏振片也是相对比较复杂的，因為(wèi)需要考虑到很(hěn)多(duō)方面和很(hěn)多(duō)参数。不同情况下有(yǒu)不同的要求也是為(wèi)什么存在如此多(duō)种类的偏振片的原因。
偏振器具有(yǒu)很(hěn)多(duō)种的用(yòng)途。例如：
偏振太阳镜和照相用(yòng)滤波器可(kě)以抑制太阳光在水平面的反射光，该反射光通常是部分(fēn)偏振的。
激光器谐振腔中的偏振片会使激光器辐射線(xiàn)偏振光。这里通常不需要很(hěn)高的偏振消光比；采用(yòng)一个简单的布儒斯特盘就足够了。
如果激光光束本身是線(xiàn)偏振的，但是偏振度不高，可(kě)以将该光束射向一个具有(yǒu)很(hěn)高偏振消光比的偏振片提高其偏振度（并且保证偏振方向稳定）。
将波片和一个偏振片结合在一起可(kě)以作為(wèi)一个可(kě)变的光衰减器：旋转波片使其偏振方向旋转，偏振片的透射率相应的会发生改变。
法拉第隔离器通常包含两个偏振器和一个法拉第旋转器。
两个偏振激光光束可(kě)以在偏振片处偏振合成為(wèi)一束（参阅偏振合束）。相干偏振合束是一种功率缩放技术。
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