波片相位延迟量的产生机理——o光、e光

晶体双折射现象

波片大多由双折射材料制造而成。根据折射定律我们知道，一束单色自然光入射到各向同性介质时，只产生一束折射光。而当单色自然光在各向异性晶体界面上发生折射时，一般产生两束折射光，这种现象称之为双折射。两束折射光中，一束为寻常光（o光），一束为非常光（e光）。其中o光遵循折射定律，折射光线总在入射面内，折射率为no，no为常数。e光不遵循折射定律，通常情况下，e光折射光线不在入射面内，折射率为ne(θ)，θ为入射角度。用检偏器分别检验o光和e光，可以知道，o光和e光都是线偏振光，如图所示。

根据晶体双折射现象中o光和e光的折射率差，入射光两个相互正交的线偏振分量之间会产生一个相对的相位延迟。其中，波速快的光矢量方向为波片的快轴，与之垂直的光矢量方向为慢轴。对负单轴晶体（ne<no），快轴在e光光矢量方向（即光轴方向，光在晶体中沿此方向传播不发生双折射现象），o光光矢量方向为慢轴；对正单轴晶体（ne>no），快轴在o光光矢量方向，慢轴在e光光矢量（光轴）方向。波片的常用材料之一为石英，石英属于正单轴晶体，单色光垂直正入射到石英晶体上，发生双折射，但是o光、e光不分离，只产生相位差：

δ=(2π/λ)丨ne-no丨d

其中δ是慢轴方向光矢量相对于快轴方向光矢量的相位延迟量，d为沿光传播方向的晶体厚度，λ为入射单色光波长。

波片正是利用双折射晶体的上述特性来对入射光产生特定的相位差。根据波片产生的相位差大小，可分为全波片、二分之一波片（又叫半波片）、四分之一波片，分别产生大小为2(m+1)π、2(m+1/2)π、2(m+1/4) π的相位差，其中m为自然数；当m=0时，称为零级波片，当m≠0时，称为多级波片，其中零级波片又分为普通零级波片和真零级波片。

当光通过各向异性晶体（如方解石、石英）时，会发生双折射现象，分裂为两束偏振方向垂直的光。

o光（ordinary ray，简称o光，寻常光）：遵循折射定律，振动方向垂直于光轴（晶体中无双折射的特殊方向） 。

e光（extraordinary ray，简称e光，非寻常光）：偏离折射定律，振动方向平行于光轴 。单轴晶体的双折射特性：

《偏振、P光、S光、o光与e光》

作者QQ及微信：49922779