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相位板是許多類型光學(xué)元件的通用名稱，旨在為波前提供預(yù)先設(shè)計的相位輪廓。該階段可用于各種光整形應(yīng)用。在本文中，我們將詳細介紹相位板光學(xué)器件的工作原理以及相位板在激光光學(xué)中的一些可能應(yīng)用。

工作原理

穿過透射材料的波前的速度低于穿過空氣的波前。這意味著通過制造具有可變厚度的光學(xué)窗口（板），較厚區(qū)域的波前可以相對于較薄區(qū)域延遲預(yù)先設(shè)計的量，通過定義區(qū)域的邊界可以實現(xiàn)任何所需的輪廓。對于給定相位分布，在遠場接收到的圖像將由該相位的傅里葉變換和輸入幅度給出。這意味著幾乎可以生成任何圖像。

相位板的種類和用途：

• 模式轉(zhuǎn)換器

使用在某些區(qū)域與其他區(qū)域具有半個周期延遲 (pi) 的相位板，TEM00 高斯光束可以轉(zhuǎn)換為其他 TEM Hermite-Gaussian 光束。例如，如果一半光束相對于另一半延遲 pi，則模式轉(zhuǎn)換為 TEM01。

用作光束轉(zhuǎn)換器的相位板示例

• 螺旋相位板

螺旋相位板，也稱為渦旋相位板，是一種相位從0到2π逐步增加的相位板。步數(shù)達到兩個 pi 的次數(shù)稱為拓撲電荷，并用“m”標(biāo)記。該相位板產(chǎn)生相位渦旋光束，該光束在圖像平面中轉(zhuǎn)換為環(huán)形或環(huán)形光束。這種環(huán)形光束可用于受激發(fā)射損耗 (STED) 顯微鏡。該方法用于實現(xiàn)超分辨率顯微鏡，其分辨率大于衍射限制光斑尺寸，這是先前的障礙。渦旋相位板也可以反過來使用，幫助分析圓形光束并確定它們的光學(xué)角動量。

• 相差顯微鏡

相差顯微鏡，也稱為相位板顯微鏡，是一種顯微鏡方法，旨在突出透明材料（例如活細胞）的對比度差異。當(dāng)嘗試對透明物體進行成像時，物體散射的光強度與未散射的背景光非常相似，因此很難區(qū)分兩者并獲得圖像。然而，由于材料的延遲不同，物體散射的光與背景的相移很小。使用相位板，將這個相位差轉(zhuǎn)化為強度差，從而更容易區(qū)分物體和背景。

相位

拓撲電荷 m=1 的方形渦旋相位板的 16 級設(shè)計。

TL; DR – 問答摘要

什么是相位板？

相位板是一種光學(xué)窗口，旨在為通過的波前（光束）在輸出端提供已知且預(yù)定的相位。

相位板有哪些功能和應(yīng)用？

相位板有很多用途，其中有模式轉(zhuǎn)換器、渦旋光束的產(chǎn)生、相位對比（相位板）顯微鏡等等。

模式轉(zhuǎn)換器中相位板的用途是什么？

相位板可用于將 TEM00 Hermite – 高斯模式光束轉(zhuǎn)換為其他模式，方法是在相位板的預(yù)先確定的眾所周知的區(qū)域中提供半個周期的延遲 (pi)。

渦流相位板有什么用？

渦旋相位板可用于創(chuàng)建拉蓋爾 - 高斯環(huán)形模式。這些環(huán)可用于 STED 顯微鏡，或任何其他需要具有亞衍射極限中心孔的環(huán)形光束的應(yīng)用。