草稿:消偏器

消偏器或消偏振器是一種用於擾亂光的偏振的光學裝置。理想的消偏器無論輸入是什麼都會輸出隨機偏振光，但所有實際的消偏器都會產生偽隨機輸出偏振。

光學系統通常對到達其中的光的偏振很敏感（例如基於光柵的光譜儀）。這種系統輸入的不良極化可能會導致系統輸出出現錯誤。

類型

• 角消偏器 [Cornu depolarizer]

Cornu 消偏器是最早的設計之一，以其發明者 Marie Alfred Cornu 的名字命名。它由一對45°石英晶體棱鏡組成，光學接觸形成長方體。快軸相距 90°，與消偏器側面相距 45°（見圖）。進入棱鏡的任何光線都會有效地穿過兩個波片。這些波片的厚度以及它們的延遲率會隨著光束的不同而改變。相移由以下公式給出。

δ(y)=(2π/λ)[n2−n1](2y−a).

對於均勻偏振的輸入光束，輸出偏振將在 y 方向上具有週期性。由於色散，相移也依賴波長。

使用兩個棱鏡意味著輸出基本上與輸入同軸。由於折射率發生交換，棱鏡之間的界面確實會發生折射。因此，輸出光束的各個組成部分之間存在著一定的分離。

這種設備如今並不常用，但類似的設計在市場上有售。

• Lyot 消偏器 [Lyot depolarizer]

萊奧（Lyot）消偏器是另一種早期設計。它是由伯納德·利奧特發明的。它由兩個波片組成，它們的快軸相距 45°，第二片波片的厚度是第一片的兩倍。輸出是波長的函數，也是波片厚度的函數，具有週期性。當將此消偏器用於特定應用時，需要特別考慮，因為最佳波片厚度取決於要使用的訊號波長和光譜。它可供商業用於寬頻可見應用。

該裝置在光纖領域尤其具有吸引力，其中使用兩段以 45° 角拼接在一起的正確長度的保偏光纖來代替波片，因此不需要分束器等其他組件。

• 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種常見的商業設計，與Cornu 消偏器類似，但是，兩個組件之間的角度要小得多（通常為2°），並且只有第一個組件是雙折射的。第二個組件由熔融石英製成，其折射率與石英非常相似，但不具有雙折射性。石英元件的快軸通常與楔塊成45°角。整個裝置比 Cornu 消偏器更緊湊（對於相同的孔徑）。

與 Cornu 消偏器一樣，輸出會根據偏振而產生一些分離，並且由於石英和二氧化矽之間的折射率不完全匹配而產生一些光束偏差。輸出在消偏器上是週期性的。由於楔角比 Cornu 消偏器小得多，因此週期較大，通常約為 6 毫米。由於此消偏器具有單一定義的快軸，因此也具有優先取向。在商用楔形消偏器中，這一點通常會被標記。

• 石英-石英 Quartz-quartz
• 石英-石英楔形消偏器雖然不常見，但可以在市面上買到。它們與 Cornu 消偏器類似，但具有二氧化矽補償楔塊的小楔角。

在上述設計中，可以使用其他雙折射材料來取代石英。

楔形消偏器會表現出一些小的光束偏差。即使光學元件的表面完全平行，情況也是如此。由於光學元件的每一半都是楔形，且兩半不具有完全相同的折射率（對於特定的偏振），因此消偏器實際上是輕微楔形的（光學）。

• 時變消偏器 Time-variable depolarizer

萊奧（Lyot）消偏器和類似裝置基於這樣的事實：光波片或延遲器的延遲取決於光頻率或波長。它們會引起偏振模色散，這可能是有害的。此外，它們不能用於（準）單色訊號。對於後者，需要時變消極器。它們由時變光學延遲器組成。實現時變消偏器的有效方法是旋轉波片或等效光學元件。

旋轉的半波板產生的偏振在時間上是週期性的，因此可以有效地擾亂足夠慢的響應。其輸入偏振必須是線性的。產生的輸出極化是旋轉線性極化。同樣地，圓偏振可以透過旋轉的四分之一波片來消偏振。輸出極化再次是線性的。如果將半波片和四分之一波片連接在一起並以不同的速度旋轉，則任何輸入偏振都會被去偏振。如果波片不完美，那麼增加更多的旋轉波片可以提高性能。基於電光旋轉波片，這種與偏振無關的消偏器已在商業上可用，其消偏間隔低至 360 奈秒。

產生消偏振光的其他方法

在許多應用中，可以使用四分之一波片來產生圓偏振光，但這僅適用於有限範圍的波長且一開始就是線性偏振的光。其他方法也已被證明，例如使用法拉第旋轉器和液晶。還可以利用光纖來消除光的偏振。光線穿過常見的半透明材料（例如霧面塑膠或油紙）時也能達到相對較高的去極化程度。

• 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

延遲膜是一種用於增強對比度和擴大顯示器視角的光學元件。

• 相位差膜

液晶顯示器 (LCD) 和 OLED（有機發光二極體）顯示器廣泛應用於電視到智慧型手機等各種領域。然而，LCD 和 OLED 都面臨由陽光和環境光反射引起的色彩失真和對比度降低等問題。

LCD 色彩失真的主要原因是背光源的光線穿過液晶層時發生的光學偏移（延遲）。為了解決和補償這種光學偏移，已經開發出延遲膜。

在 OLED 顯示器中，對比度降低是由於陽光和外部光反射到電極上造成的。為了最大限度地減少這種影響，採用了線性偏振器和延遲膜相結合的圓偏振器來減少外部光的反射。

• 相位差膜的原理

OLED 顯示器由夾在兩側電極之間的一層構成。雖然這在昏暗的環境中並不明顯，但光線充足的環境中的環境光會從電極反射，導致不必要的白色反射和對比度降低。為了解決這個問題，我們採用了線性偏振器和延遲膜來有效減少電極對外部光的反射。

當外界光線以隨機偏振態進入時，先經過線偏振片轉換為線偏振光，再經過相位差膜轉換為圓偏振光。 OLED發光單元（電極）反射的光獲得相反的圓偏振光，然後透過延遲膜轉換迴線性偏振光。然而，在此階段，線性偏振與入射光進入時相比旋轉了 90°，因此無法穿過線性偏振片。這種線性偏振器和延遲膜的組合有效地減少了環境光的反射，最大限度地減少了白色反射並防止了對比度的降低。

相位差膜的原理

相位差膜的種類

為薄膜引入延遲功能主要有兩種方法：拉伸法和塗層法。

• 拉伸法：拉伸法是透過定向拉伸來改變薄膜分子取向的。聚合物薄膜由相互交織的聚合物鏈組成，這些聚合物鏈被拉伸以形成均勻的排列，從而產生延遲功能。
• 塗佈法：塗佈法是將液晶材料塗佈到薄膜上，並進行取向處理。液晶材料具有多種結構，但由於向列液晶具有棒狀分子結構，因此最常使用。對於配向膜，可以透過用布摩擦或暴露於偏振光來使液晶分子取向到所需的方向，從而產生延遲功能。

See also

• Polarization scrambling
• Polarizer
• Optical prisms

References

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