作者：维尔克斯 时间：2025-8-19 11:28:38
西格玛光机Optosigma有许多不同的波片波长板，那么根据不同的应用场景该如何选择合适的波片波长板呢？本文旨在阐述西格玛光机（Optosigma）旗下三款关键波片产品——水晶波长板WPQ、宽带空气隙型消色差波片WPQW以及菲涅耳斜方形波片FRB——之间的核心差异。通过对比分析，本文旨在帮助读者建立对这三类波片产品的基本认知，理解其基本光学原理，从而为初步选型提供理论依据。
Optosigma菲涅耳斜方形波长板FRB为何波长依赖性小？
其原理与传统波长板截然不同：
水晶/聚合物波长板利用双折射材料的折射率差
菲涅耳斜方形波片则采用无偏光特性的BK7玻璃，通过棱镜内全反射产生相位延迟（单次反射约45°，两次反射达90°）。虽然反射相位差也受折射率影响，但其波长依赖性几乎可忽略。
最后对比菲涅耳斜方形波片与水晶波长板的入射角依赖性：
菲涅耳斜方形波片FRB的相位延迟对入射角敏感（5°偏移会导致90°型产生约1.2°偏差）
水晶波长板因快轴折射率变化产生偏差（同条件下仅约0.3°）
因此西格玛光机菲涅耳斜方形波长板FRB需严格垂直入射，而水晶波长板对角度容差更大。
水晶波片WPQ会根据激光波长的不同细分为多种产品。
水晶波片的相位延迟φ由水晶的厚度t（未抵消相位差的部分）与快慢轴折射率差Δn构成的光程差，以及光的波长λ共同决定。即使快慢轴的光程差固定，当观察波长改变时，相位延迟φ也会发生变化。
具体来说，一块针对532nm设计的1/2波片，在光程差不变的情况下，若用于1064nm激光时，会变成1/4波片。对于单波长激光应用没有问题，但在使用RGB激光（450nm、520nm、638nm）或分光仪的白光光源时，就需要根据波长更换波片。
图1 宽带空气隙型消色差波片WPQW和水晶波片WPQ的相位差波长特性图
为此，我们提供了相位延迟随波长变化较小的宽带空气隙型波长板WPQW。
为什么在波长板的厚度和折射率差固定的情况下，宽带空气隙型波长板WPQW能减小相位延迟的波长依赖性？
关键在于折射率的特性。水晶的折射率并非恒定，而是随波长略有变化，因此快慢轴的折射率差也会随波长改变。
此外，除了水晶，还有许多其他晶体材料可用于制作波长板。例如，MgF2和水晶一样，其快慢轴也存在折射率差。
此时，重要的不是折射率差的绝对值，而是其波长特性。由于分子结构不同，MgF2和水晶的折射率波长特性差异显著，两者的折射率差随波长的变化趋势也有所不同。通过结合水晶和MgF2的折射率差波长特性，可以设计出在固定光程差下抵消相位延迟波长依赖性的复合结构。
由于材料组合未必完全优化，相位延迟的波长依赖性无法完全消除，但能将其控制在90°±5°的范围内。对于高精度偏振实验可能稍显不足，但若仅需将光源转换为圆偏振光（例如用于立方分光镜的1:1分光），则完全够用。
宽带空气隙型消色差波片WPQW提供1/4波片和1/2波片两种类型，覆盖四个波段：可见光（400–700nm）、650–780nm、近红外（700–1000nm）和红外（1000–1600nm）。消色差波片的空气隙结构和高能量抗反射镀膜设计可耐受高能脉冲激光。
虽然不是宽带设计，但单块水晶波长板可实现双波长90°相位差，或为不同波长指定90°、180°、270°的相位延迟。
这类波长板不再属于零级（0次），而是通过调整级数N，使指定波长的相位延迟达到目标值。
例如，若需将450nm、520nm、623nm的激光合束后统一转换为圆偏振光，可采用厚度约0.3mm的多级次波长板，多级次波片使各波长相位延迟达到270°±4°。这种多级次波片定制方案结构比宽带波长板更简单，在成本和公差方面具有比较价值。
对于双波长应用，可严格控制相位延迟公差；但三波长以上时，需放宽公差或调整波长组合。多级次波长板的相位延迟温度敏感性较高，建议在温控稳定的环境中使用。
图2 将3种波长的相位差设置为270°的多光束波长板的波长特性曲线
多级次波长板，多级次波片还可为不同波长指定不同的相位延迟。例如，某532nm和650nm的1/4波长板虽均能生成圆偏振光，但相位延迟分别为270°（右旋）和90°（左旋）。若将此双波长圆偏振光通过宽带波长板，两波长的线偏振方向将正交，从而可用宽带偏振分光镜分离波长，无需二向色镜即可实现偏振分光/合束。
图3 双波长多级次波片的波长特性图
当消色差波片宽带波长板无法满足公差要求或需高精度偏振测量时，可考虑用菲涅耳斜方形波长板FRB替代。其相位延迟的波长依赖性极低，稳定性优异。
图4 菲涅耳斜方形波长板FRB和1/4水晶波长板WPQ/宽带空气隙型波长板WPQW特性图
但存在以下缺点：
棱镜结构导致光束偏移（90°型出射光偏移13–20mm）
未镀膜面严禁触碰，需专用旋转支架FRH（仅支持φ15mm以下光束，但支架外径达φ100mm）
90°型因光束偏移问题难以通过旋转调整入射偏振方向，通常需固定方位角为45°使用
