Was macht eine Viertelwellenplatte?

Funktion und Erklärung der Viertelwellenplatte

Eine Viertelwellenplatte, auch λ/4-Platte genannt, ist ein Gerät, das den Polarisationszustand der hindurchtretenden Lichtwellen verändert. Der Name kommt daher, dass es eine Phasenverschiebung von einem Viertel der Wellenlänge (λ/4) des einfallenden Lichts bewirkt.

Arbeitsprinzip

Wellenplatten arbeiten nach dem Prinzip der Doppelbrechung, einer Eigenschaft von Materialien, deren Brechungsindex von der Polarisation und Ausbreitungsrichtung des Lichts abhängt. Eine Viertelwellenplatte ist so ausgelegt, dass der Unterschied in den Weglängen zwischen der schnellen und der langsamen Achse ein Viertel einer Wellenlänge beträgt. Wenn linear polarisiertes Licht in die Wellenplatte eintritt, wird es in zwei orthogonale Komponenten aufgeteilt, die sich jeweils mit unterschiedlicher Phasengeschwindigkeit ausbreiten. Beim Verlassen der Wellenplatte rekombinieren diese beiden Komponenten, und aufgrund des Unterschieds in der Weglänge von λ/4 entsteht zwischen ihnen eine Phasenverschiebung von 90 Grad. Diese Phasenverschiebung wandelt linear polarisiertes Licht in zirkular polarisiertes Licht um, wenn das Eingangslicht in einem 45-Grad-Winkel zu den Achsen der Wellenplatte polarisiert ist. Umgekehrt kann zirkular polarisiertes Licht wieder in linear polarisiertes Licht umgewandelt werden.

Anwendungen

• Optische Kommunikation: Zur Steuerung der Polarisation in Glasfasersystemen für eine bessere Signalintegrität.
• Mikroskopie: Zur Kontrastverstärkung in der Polarisationslichtmikroskopie.
• Photonische Geräte: Zur Steuerung und Verwaltung der Polarisation in Lasern, LEDs und anderen photonischen Instrumenten.
• Interferometrie: Durch die Umwandlung von Polarisationszuständen hochpräzise Messungen erzielen.

Aufbau und Typen

Viertelwellenplatten werden üblicherweise aus doppelbrechenden Materialien wie Quarz oder Glimmer hergestellt. Sie können als Wellenplatten nullter Ordnung, mehrfacher Ordnung oder achromatische Wellenplatten ausgeführt werden. Wellenplatten nullter Ordnung bieten eine präzise Verzögerung und sind weniger empfindlich gegenüber Wellenlängenänderungen und Temperaturschwankungen. Wellenplatten mehrfacher Ordnung, die aus mehreren kombinierten Wellenplatten bestehen, sind dicker und anfälliger gegenüber schwankenden Bedingungen, während achromatische Wellenplatten für einen breiten Wellenlängenbereich ausgelegt sind.

Hinweise zur Verwendung

Bei Verwendung einer Viertelwellenplatte ist die Ausrichtung der Wellenplattenachsen in Bezug auf die Polarisation des einfallenden Lichts für einen genauen Betrieb entscheidend. Eine falsche Ausrichtung kann zu unerwünschten Polarisationszuständen führen. Darüber hinaus werden Viertelwellenplatten häufig in Kombination mit Polarisatoren und anderen optischen Komponenten verwendet, um den Polarisationszustand des Lichts in komplexen Systemen zu steuern.