个平面的均一性比较差，并且长时间使用的光学质量及可靠性也比较差。对于晶体波片而言，
由于晶体透光方向的几何厚度

d 和晶体对 o 光、e 光的折射率 no、ne 均为波长和温度的函数，

故其相位延迟量会随着波长和温度的变化而变化，且波片的级数越高受到的影响越显著。其
相位延迟量的变化将通过材料的折射率温度系数和热膨胀系数加以体现。不同材料的波片其
折射率温度系数、热膨胀系数存在着很大差别，由此所引起的相位延迟量变化也不尽相同。
对于聚合物而言，由于其双折射系数比较小，所以更适合用来制造真零级波片。各种聚合物
在不同波段的色散程度不同，所以对不同应用要考虑用不同类型的聚合物。

 

　　三、光纤波片

 

　　光纤波片是由一定长度的双折射光纤制成的，相比于晶体波片其最大的优点是可以在
线使用。将线偏振光看作是两相互正交方向上的偏振光的叠加，在理想的直单模光纤中，这
两个方向上的偏振光具有相同的传播常数（两模式简并）。而在双折射光纤中，光纤中原本
简并的两个正交偏振光在快慢轴方向的传播常数就会产生差异，进而产生相位差。其产生的
相位差为（其中

nx、ny 分别为双折射光纤快轴和慢轴的折射率，L0 为双折射光纤的长度，

λ 为入射光的波长）。因此光纤波片就是这样一种利用光纤的双折射使两个正交偏振光间产
生相位差的光学器件。如果产生的相位差为

π/2，则这段双折射光纤就是 λ/4 波片，如果产

生的相位差为

π，则这段双折射光纤就是 λ/2 波片。 

　　双折射光纤按照其产生的原因可以分为应力双折射光纤和几何双折射光纤。应力双折射
光纤又可分为基于内应力的双折射光纤和基于外应力的双折射光纤。熊猫型保偏光纤就是典
型的基于内应力的双折射光纤。在熊猫型保偏光纤中，作用于纤芯的内应力导致

x 方向和 y

方向有折射率差存在：（其中光弹系数

P12 和 P11、泊松系数 v、杨氏模量 E 均为材料的性能

参数，

n 为无应力下纤芯的折射率，ΔP 为 x、y 两个方向上应力的压强差）。产生的相位延迟

量为。使两个正交模式之间产生

2π 相位延迟量的保偏光纤长度 LP 称为保偏光纤的拍长。我

们只要取合适长度的保偏光纤就可以制作所需的光纤波片。

λ/4 波片所需的保偏光纤长度为

（

k 为整数），λ/2 波片所需的保偏光纤长度为（k 为整数）。熊猫型保偏光纤波片对温度较

为敏感。在环境温度发生变化时，由于石英材料随温度的伸缩系数非常小（约为

10-7 数量

级），所以可以近似地认为光纤波片的长度

L0 不随温度变化，但是石英材料的折射率 n 和

两正交方向上的压强差

ΔP 会随着温度的变化而变化，故光纤波片的相位延迟量也会随之

发生变化。以长度为

3/4LP 的熊猫型保偏光纤 λ/2 波片为例，环境温度每升高 1

℃，其相位

延迟量变化

0.27 度。另外，波片长度的增加还会减小波片在满足一定相差条件下的带宽。弯

曲光纤就是典型的基于外应力的双折射光纤。利用弯曲光纤制成的波片使用方便、成本低，
但可靠性较差。当光纤以半径

R 弯曲时造成的传播常数差为 

　　

 

　　（其中

k 为波数，P11 和 P12 为光弹系数，σ 为泊松常数，r 为光纤包层半径，R 为光

纤弯曲半径）。产生的相位延迟量为

 

　　

 

　　（其中

N 为弯曲光纤的圈数）。1550nm 处的弯曲光纤 λ/2 波片可由半径为 1.69cm 的光

纤线圈绕四圈构成

[7]。在环境温度发生变化时，弯曲光纤波片的相位延迟量会随着石英材

料折射率的变化而发生微小的变化，但总体来说，利用弯曲光纤制成的波片具有较好的温
度特性和波长特性。环境温度每变化

1

℃，弯曲光纤 λ/4 波片产生的相位差变化 0.0035 度，

弯曲光纤

λ/2 波片产生的相位差变化 0.007 度；输入光波长每变化 1nm，弯曲光纤 λ/4 波片

产生的相位差变化

0.058 度，弯曲光纤 λ/2 波片产生的相位差变化 0.116 度。几何双折射光纤

包括了光子晶体光纤、椭圆纤芯型保偏光纤等。在几何双折射光纤中，光纤横截面几何形状
的各向异性会导致材料介电常数和磁导率的各向异性，进而引起折射率的各向异性，形成
双折射。光子晶体光纤又称为微结构光纤或多孔光纤。这种光纤通常是由单一介质构成的，