草稿:消偏器

消偏器或消偏振器是一种用于扰乱光的偏振的光学装置。理想的消偏器无论输入是什么都会输出随机偏振光，但所有实际的消偏器都会产生伪随机输出偏振。

光学系统通常对到达其中的光的偏振很敏感（例如基于光栅的光谱仪）。这种系统输入的不良极化可能会导致系统输出出现错误。

类型

• 角消偏器 [Cornu depolarizer]

Cornu 消偏器是最早的设计之一，以其发明者 Marie Alfred Cornu 的名字命名。它由一对45°石英晶体棱镜组成，光学接触形成长方体。快轴相距 90°，与消偏器侧面相距 45°（见图）。进入棱镜的任何光线都会有效地穿过两个波片。这些波片的厚度以及它们的延迟率会随著光束的不同而改变。相移由以下公式给出。

δ(y)=(2π/λ)[n2−n1](2y−a).

对于均匀偏振的输入光束，输出偏振将在 y 方向上具有周期性。由于色散，相移也依赖波长。

使用两个棱镜意味著输出基本上与输入同轴。由于折射率发生交换，棱镜之间的界面确实会发生折射。因此，输出光束的各个组成部分之间存在著一定的分离。

这种设备如今并不常用，但类似的设计在市场上有售。

• Lyot 消偏器 [Lyot depolarizer]

莱奥（Lyot）消偏器是另一种早期设计。它是由伯纳德·利奥特发明的。它由两个波片组成，它们的快轴相距 45°，第二片波片的厚度是第一片的两倍。输出是波长的函数，也是波片厚度的函数，具有周期性。当将此消偏器用于特定应用时，需要特别考虑，因为最佳波片厚度取决于要使用的讯号波长和光谱。它可供商业用于宽频可见应用。

该装置在光纤领域尤其具有吸引力，其中使用两段以 45° 角拼接在一起的正确长度的保偏光纤来代替波片，因此不需要分束器等其他组件。

• 楔形消偏器 [Wedge depolarizer]

• 石英矽石 Quartz-silica
• 石英楔形消偏器

石英-二氧化矽楔形消偏器是一种常见的商业设计，与Cornu 消偏器类似，但是，两个组件之间的角度要小得多（通常为2°），并且只有第一个组件是双折射的。第二个组件由熔融石英制成，其折射率与石英非常相似，但不具有双折射性。石英元件的快轴通常与楔块成45°角。整个装置比 Cornu 消偏器更紧凑（对于相同的孔径）。

与 Cornu 消偏器一样，输出会根据偏振而产生一些分离，并且由于石英和二氧化矽之间的折射率不完全匹配而产生一些光束偏差。输出在消偏器上是周期性的。由于楔角比 Cornu 消偏器小得多，因此周期较大，通常约为 6 毫米。由于此消偏器具有单一定义的快轴，因此也具有优先取向。在商用楔形消偏器中，这一点通常会被标记。

• 石英-石英 Quartz-quartz
• 石英-石英楔形消偏器虽然不常见，但可以在市面上买到。它们与 Cornu 消偏器类似，但具有二氧化矽补偿楔块的小楔角。

在上述设计中，可以使用其他双折射材料来取代石英。

楔形消偏器会表现出一些小的光束偏差。即使光学元件的表面完全平行，情况也是如此。由于光学元件的每一半都是楔形，且两半不具有完全相同的折射率（对于特定的偏振），因此消偏器实际上是轻微楔形的（光学）。

• 时变消偏器 Time-variable depolarizer

莱奥（Lyot）消偏器和类似装置基于这样的事实：光波片或延迟器的延迟取决于光频率或波长。它们会引起偏振模色散，这可能是有害的。此外，它们不能用于（准）单色讯号。对于后者，需要时变消极器。它们由时变光学延迟器组成。实现时变消偏器的有效方法是旋转波片或等效光学元件。

旋转的半波板产生的偏振在时间上是周期性的，因此可以有效地扰乱足够慢的响应。其输入偏振必须是线性的。产生的输出极化是旋转线性极化。同样地，圆偏振可以透过旋转的四分之一波片来消偏振。输出极化再次是线性的。如果将半波片和四分之一波片连接在一起并以不同的速度旋转，则任何输入偏振都会被去偏振。如果波片不完美，那么增加更多的旋转波片可以提高性能。基于电光旋转波片，这种与偏振无关的消偏器已在商业上可用，其消偏间隔低至 360 奈秒。

产生消偏振光的其他方法

在许多应用中，可以使用四分之一波片来产生圆偏振光，但这仅适用于有限范围的波长且一开始就是线性偏振的光。其他方法也已被证明，例如使用法拉第旋转器和液晶。还可以利用光纤来消除光的偏振。光线穿过常见的半透明材料（例如雾面塑胶或油纸）时也能达到相对较高的去极化程度。

• Retardation Film ( 相位差膜 ) DNP 或 SRF : Super Retardation Film ( 超相位差膜 ) Toyobo

https://www.global.dnp/biz/column/detail/20173411_4117.html

https://www.toyobo-global.com/products/ind_film/optics/cosmoshine_srf/index.html

延迟膜是一种用于增强对比度和扩大显示器视角的光学元件。

• 相位差膜

液晶显示器 (LCD) 和 OLED（有机发光二极体）显示器广泛应用于电视到智慧型手机等各种领域。然而，LCD 和 OLED 都面临由阳光和环境光反射引起的色彩失真和对比度降低等问题。

LCD 色彩失真的主要原因是背光源的光线穿过液晶层时发生的光学偏移（延迟）。为了解决和补偿这种光学偏移，已经开发出延迟膜。

在 OLED 显示器中，对比度降低是由于阳光和外部光反射到电极上造成的。为了最大限度地减少这种影响，采用了线性偏振器和延迟膜相结合的圆偏振器来减少外部光的反射。

• 相位差膜的原理

OLED 显示器由夹在两侧电极之间的一层构成。虽然这在昏暗的环境中并不明显，但光线充足的环境中的环境光会从电极反射，导致不必要的白色反射和对比度降低。为了解决这个问题，我们采用了线性偏振器和延迟膜来有效减少电极对外部光的反射。

当外界光线以随机偏振态进入时，先经过线偏振片转换为线偏振光，再经过相位差膜转换为圆偏振光。 OLED发光单元（电极）反射的光获得相反的圆偏振光，然后透过延迟膜转换回线性偏振光。然而，在此阶段，线性偏振与入射光进入时相比旋转了 90°，因此无法穿过线性偏振片。这种线性偏振器和延迟膜的组合有效地减少了环境光的反射，最大限度地减少了白色反射并防止了对比度的降低。

相位差膜的原理

相位差膜的种类

为薄膜引入延迟功能主要有两种方法：拉伸法和涂层法。

• 拉伸法：拉伸法是透过定向拉伸来改变薄膜分子取向的。聚合物薄膜由相互交织的聚合物链组成，这些聚合物链被拉伸以形成均匀的排列，从而产生延迟功能。
• 涂布法：涂布法是将液晶材料涂布到薄膜上，并进行取向处理。液晶材料具有多种结构，但由于向列液晶具有棒状分子结构，因此最常使用。对于配向膜，可以透过用布摩擦或暴露于偏振光来使液晶分子取向到所需的方向，从而产生延迟功能。

See also

• Polarization scrambling
• Polarizer
• Optical prisms

References

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Depolarizer_(optics)