【摘要】光学波片是一种能使互相垂直的两光振动间产生附加相位差的重要光学器件。目前的

光学波片种类繁多，性能各异。本文介绍了目前使用比较广泛的块状波片和光纤波片的种类，
并对它们的温度特性、波长特性进行了分析。

 

　　【关键词】块状波片；光纤波片；温度特性；波长特性

 

　　

 

　　一、引言

 

　　光学波片（即相位延迟器）是偏振光学中非常重要的一种器件，它能使互相垂直的两
光振动间产生附加相位差，进而改变光波的偏振态，在光纤通信、光纤传感、光弹力学、光学
精密测量等领域都有着非常广泛的应用。

 

　　偏振态是光波的一个重要的特征参量，在实际工作中经常需要改变光波的偏振态。由于
光波的偏振态是由其正交振动的振幅比与相位差所决定的，因此我们利用波片来改变这两
个参量，就可以达到改变光波偏振态的目的。最常用的光学波片有

λ/4 波片和 λ/2 波片两种 。

λ/4 波片主要用来将线偏振光转换成圆偏振光（线偏振光的偏振方向与波片的光轴成 45°角
入射时）和椭圆偏振光（线偏振光的偏振方向与波片的光轴不成

45°角入射时），或将圆

偏振光和椭圆偏振光转换成线偏振光。

λ/2 波片常用作线偏振光的偏振方向旋转器（与 λ/2

波片的光轴成

θ 角入射的线偏振光经过波片后偏振方向会旋转 2θ）。 

　　目前使用比较广泛的光学波片主要有块状波片和光纤波片两大类，它们都具有各自不
同的特性，本文对其分别进行介绍。

 

　　二、块状波片

 

　　块状波片是由双折射材料经过切割、抛光、镀膜等复杂的工艺流程而制成的薄片，其光
轴与波片表面平行。当线偏振光垂直入射到波片，且振动方向与波片的光轴夹

θ 角（θ

≠0）

时，入射的光振动会分解成垂直于光轴（

o 光）和平行于光轴（e 光）两个分量，它们沿同

一方向传播，但传播速度不同，穿出波片后两束光间会产生的光程差（其中

d 为波片厚度，

no 和 ne 分别为 o 光和 e 光的折射率），换算成相位差为（其中 λ 为入射光的波长）。两束
光合成后的偏振态一般为椭圆偏振，当（

k 为整数）时的波片为 λ/2 波片，两束光合成为线

偏振光，当（

k 为整数）时的波片为 λ/4 波片，两束光合成为圆偏振光或椭圆偏振光。 

　　块状波片按结构来分，有真零级波片，多级波片，胶合零级波片（复合波片）及消色
差波片。真零级波片延迟量的波长和温度稳定性高。以

Meadowlark 公司的真零级 λ/2 波片为

例，当工作波长偏离中心波长

1/10 时，其相位延迟量的变化仅为 16.2 度。但真零级波片往

往非常的薄。以真零级石英波片为例，一个以

550nm 为中心波长的真零级石英波片的厚度

只有

15um，如此薄的波片在制造和使用上都会遇到不少困难。多级波片的厚度等于多个全

波厚度（从几个到上百个不等）加一个所需延迟量厚度，从延迟效果上看与零级波片没有
多大区别，但随着波片级数的增加，温度、波长变化对其相位延迟量的影响会越来越显著。
以

1550nm 的 23 级 λ/2 石英波片为例，环境温度每升高 1

℃，其相位延迟量约变化 0.35 度。

与真零级波片相比，多级波片相对比较容易制造和使用，性价比较高。胶合零级波片（复合
波片）是将两个多级波片胶合在一起，通过将一个波片的快轴和另一个波片的慢轴对准以
消除全波光程差，仅留下所需的光程差。胶合零级波片可以在一定程度上改善温度对波片相
位延迟量的影响，但另一个结果是其增加了波片相位延迟量对光入射角度及波长的敏感性。
消色差波片由两种具有不同色散值的双折射晶体组成，可以在很宽的波长范围内实现较为
均匀的相位延迟。以

Tempotec 公司的 1550nm 消色差 λ/2 波片为例，在中心波长附近 200nm

的波长范围内，其相位延迟量的变化仅为

1 度。 

　　块状波片按材料来分，有晶体波片和聚合物波片。晶体波片常用的晶体包括石英、云母、
方解石等。石英因为双折射系数过大，一般只适合做多级或胶合零级波片。云母是可以被很
精细地劈开的天然晶体，可以用来做真零级波片。但云母波片的缺点是口径一般比较小，整