CN120085404B - 全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法及零级波片 - Google Patents

全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法及零级波片

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Abstract

本发明属于光学偏振元件技术领域，为解决现有技术未摆脱晶体本身的局限性，提供了全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法及零级波片。其中，全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法包括确定对应工作波段的晶体材料，计算对应工作波段晶体的双折射空间分布数据，计算不同光入射方向对应的当前工作波段的零级波片器件理论厚度；确定当前工作波长零级波片器件的晶体切角，结合零级波片器件理论厚度对晶体进行切割加工，得到初始零级波片器件；对初始零级波片器件的厚度进行逐步调整，以对调整后的初始零级波片器件进行相位延迟校正，直至相位延迟误差为0，制备出最终的零级波片。其可在非折射率主轴方向实现双折射率与波片厚度的优选设计。

Description

全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法及零级波片
技术领域
本发明属于光学偏振元件技术领域，尤其涉及一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法及零级波片。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
波片是一种重要的光学元器件用于调控激光的偏振态。目前商用的波片器件主要包括零级波片和多级波片。相比于多级波片，零级波片具有波长敏感度低、温度稳定性高、有效接收角度大的优势。受限于现有波片材料双折射率太大，导致市面上的零级波片非常薄，商用355 nm石英波片的厚度仅为18 μm，如此薄的厚度是很难加工和使用的。由于商用波片材料在紫外波段的双折射率较大导致工作波长在300 nm以下的零级波片由于厚度太薄而不能被加工和投入应用。因此，开发能够实现厚度调控和全波段应用的波片器件成为材料和光学领域迫切需要解决的关键问题。
众所周知，随着波长变短，晶体中的双折射率会变大。目前，还没有用于深紫外波段的零级波片晶体或器件。而且，石英和云母等常见的波片晶体无法在中远红外波段使用。随着新波长激光器的发展，应用波段覆盖深紫外和远红外波段的零级波片受到了人们的广泛关注。近年来，许多研究团队试图开发双折射率较小的新型波片材料，以增加零级波片的厚度，并解决其在制作和使用过程中的易碎问题。新型波片晶体如Fe(C5H5)2、Cs4PbBr6、Cs3B3O3F6、Na4Be2PO4F、PEA2CuCl4、Na2KP3O9和Na2AlSO4F3等相继被报道，但这些晶体的双折射率仍然较大（>0.001）。此外，许多聚合物材料作为新型波片材料也受到越来越多的关注，如液晶聚合物-聚二甲基硅氧烷，但它们的实际应用受到一些固有缺陷的限制，例如理化性质不稳定、易潮解、抗激光损伤能力差。到目前为止，尚未有毫米级厚度、应用波段较宽的零级波片得到开发和应用。目前，波片晶体及器件的研究还未摆脱晶体本身的局限性，所有的波片晶体都局限于单轴晶体，而且目前器件设计中采用的双折射率是一个固定值，其由晶体的本征性质决定。因此，亟待发展一种新的波片设计方法，以提供全波段应用且具有足够厚度的零级波片。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法及零级波片，其可在非折射率主轴方向实现双折射率与波片厚度的优选设计。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法。
一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其包括：
选择待制备的零级波片器件的工作波段，确定对应工作波段的晶体材料，进而计算对应工作波段晶体的双折射空间分布数据；
根据相应工作波段晶体的双折射空间分布数据，计算不同光入射方向对应的当前工作波段的零级波片器件理论厚度；
根据当前工作波段的零级波片器件理论厚度，确定出当前工作波长零级波片器件的晶体切角；
根据确定的晶体切角和零级波片器件理论厚度对晶体进行切割加工，得到初始零级波片器件；
对初始零级波片器件的厚度进行逐步调整，以对调整后的初始零级波片器件进行相位延迟校正，直至相位延迟误差为0，制备出最终的零级波片。
基于折射率椭球方程，求解光矢量以任意角度入射各向异性晶体产生的各向异性折射率，并结合晶体折射率色散方程确定双轴晶体和单轴晶体在不同入射条件下的双折射率，并作为双折射空间分布数据。
作为一种实施方式，当光波沿任意角度(θ, φ)入射时，所产生的双折射率通过公式：计算得到；其中，和分别为双轴晶体中传播的慢光与快光的折射率；θ和φ为球坐标系中入射光的方向。
作为一种实施方式，双折射率是入射方向的函数。
作为一种实施方式，当光沿设定方向在晶体中传播时，产生的双折射率为零，该方向即为晶体中的光轴。
作为一种实施方式，零级波片器件理论厚度的计算公式为：
；
其中，为零级波片器件理论厚度；为入射光的波长；为双折射率；为相位延迟差。
作为一种实施方式，紫外至近红外波段的晶体材料采用硼酸盐、硅酸盐和氟化物中至少一种。
作为一种实施方式，中红外波段的晶体材料采用磷酸盐、铌酸盐、钼酸盐、钽酸盐、镓酸盐、钛酸盐、碲酸盐和钨酸盐中至少一种。
作为一种实施方式，远红外波段的晶体材料采用硫化物、硒化物和磷化物中至少一种。
本发明的第二个方面提供一种零级波片。
一种零级波片，其采用如上述所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤制备而成。
本发明的有益效果是：
本发明根据各向异性晶体双折射空间分布数据，调整晶体切角，实现波片厚度的自由控制，制备的零级波片厚度达到毫米级，易于加工、存放和使用；本发明突破了材料固有双折射性能的局限，通过选用不同晶体材料，可以实现从深紫外到远红外的宽波段光学应用；本发明制备的零级波片相位延迟误差为0，具有优异的偏振调控能力。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为355 nm波长处SiO2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系图；
图2为633 nm波长处SiO2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系图；
图3为796 nm波长处SiO2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系图；
图4为2700 nm波长处KTP晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系图；
图5为5000 nm波长处LiInSe2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向关系图；
图6为10000 nm波长处LiInSe2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向关系图；
图7为本发明实施例自主搭建偏振调控实验装置图；
图8为本发明实施例制备的633nm零级SiO2晶体1/2波片器件测试结果；
图9为本发明实施例的一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了解决背景技术中的问题，本发明提供一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其通过求解折射率椭球方程，研究所有各向异性晶体中光的偏振方向和双折射空间分布，可在非折射率主轴方向实现双折射率与波片厚度的优选设计，突破传统波片器件受限与基质材料光学性能限制的瓶颈，还提供了全波段内多种性能优异的波片晶体备选。
实施例1
在本实施例中，如图9所示，提供了一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，包括：
步骤1：选择待制备的零级波片器件的工作波段，确定对应工作波段的晶体材料，进而计算对应工作波段晶体的双折射空间分布数据；
步骤2：根据相应工作波段晶体的双折射空间分布数据，计算不同光入射方向对应的当前工作波段的零级波片器件理论厚度；
步骤3：根据当前工作波段的零级波片器件理论厚度，确定出当前工作波长零级波片器件的晶体切角；
步骤4：根据确定的晶体切角和零级波片器件理论厚度对晶体进行切割加工，得到初始零级波片器件；
步骤5：对初始零级波片器件的厚度进行逐步调整，以对调整后的初始零级波片器件进行相位延迟校正，直至相位延迟误差为0，制备出最终的零级波片。
在步骤1中，在紫外至近红外波段包括但不限于硼酸盐、硅酸盐和氟化物等，如BaB2O4、KBe2BO3F2、LiB3O5、MgF2和SiO2等；在中红外波段，包括但不限于磷酸盐、铌酸盐、钼酸盐、钽酸盐、镓酸盐、钛酸盐、碲酸盐和钨酸盐等，如KTiOPO4（KTP）、LiNbO3、TiO2、MgTe2O5、KTiOAsO4和LiTaO3等；在远红外波段，包括但不限于硫化物、硒化物和磷化物等，如GdSiP2、BaGaSe7、LilnSe2和ZnGeP2等。
此处需要说明的是，不同工作波段的晶体材料可根据实际情况来具体选择。
在本实施例中，SiO2、KTP、LiInSe2分别作为深紫外至近红外、中红外和远红外波段的波片晶体，去验证本发明提出的波片设计方法。晶体的物理性质，如光透过波段、机械性能、物理化学稳定性等是实现波段拓宽、器件性能稳定、加工工艺便捷的重要保证。SiO2晶体具有物理化学性质稳定、晶体生长习性良好、激光损伤阈值高、紫外截止边短等优势，是深紫外至近红外波段的首选波片材料。基于同样的考虑，KTP和LiInSe2晶体分别作为中红外和远红外波段的波片材料。
在步骤1中，基于折射率椭球方程，求解光矢量以任意角度入射各向异性晶体产生的各向异性折射率，并结合晶体折射率色散方程确定双轴晶体和单轴晶体在不同入射条件下的双折射率，并作为双折射空间分布数据。
双轴晶体中，光沿非主轴方向入射进行求解折射率。折射率椭球是描述各向异性晶体中光传播特性的重要工具。在各向异性晶体中，光的折射率不仅取决于波长，还取决于其传播方向和偏振方向。折射率椭球提供了一种可视化的方法，有助于理解和计算光在各向异性晶体中的折射率、偏振方向以及双折射效应。双轴晶体的折射率椭球方程在主轴坐标系中可表示为：
(1)；
在任意折射率椭球中，入射光矢量沿垂直于椭球的方向入射，与光矢量垂直并过坐标原点的切面与该折射率椭球的交线为一个椭圆，椭圆的长短轴之差即为该光矢量通过该材料所产生的双折射率。假设在球坐标系中入射光的方向为θ和φ。首先通过坐标变换，使直角坐标轴之一和入射光方向一致。令X和Y轴绕Z轴转动角度φ，原坐标系中各轴与新坐标系中各轴的关系为：
(2)；
在坐标系中。令和X′轴绕轴转动角度θ，原坐标系中各轴与新坐标系中各轴的关系为：
(3)；
将公式（2）和（3）代入公式（1）中得：
(4)；
通过两次坐标变换后，轴与入射光的方向相一致，(4)式即为在满足这种要求的坐标系中的折射率椭球方程的表达式。根据晶体光学原理，经坐标原点，垂直于波矢量作一平面，此平面与折射率椭球的交线为一椭圆，椭圆的长、短半轴的长度即为晶体中传播的慢光与快光的折射率。在坐标系中，此平面方程表示为：
(5)；
上式代入(4)式后，就得到表示晶体中传播的慢光与快光折射率的椭圆方程，为求出其长、短半轴的长度，即两光波的折射率，将其主轴化。令和轴绕轴转动角度。类似于(3)式和(4)式的推导，可得：
(6)；
(7)；
(8)；
和分别为双轴晶体中传播的慢光与快光的折射率。方向为慢光的电位移矢量D1的振动方向，为快光的电位移矢量D2的振动方向。
(6)式是主轴化后的椭圆方程，、项的系数必等于0，从而可解得：
(9)；
在单轴晶体中，=，则，
(10)；
(11)；
光波沿任意角度(θ, φ)入射时，所产生的双折射率可以通过公式：进行求解。上述求解结果证实了当光沿特定方向在晶体中传播时，产生的双折射率为零，该方向即为晶体中的光轴。当光沿Y轴入射到晶体中时，可以达到最大双折射率，即为。通过调控光的入射方向可以自由控制各向异性晶体的双折射。通过沿非主轴方向切割晶体，双折射率变为入射方向的函数，可以根据具体要求灵活控制双折射率，突破了材料本身固有双折射率的限制。
在步骤2中，根据不同工作波段晶体的双折射空间分布数据，计算不同光入射方向对应的不同工作波段的零级波片器件理论厚度的过程为：
；
其中，为零级波片器件理论厚度；为入射光的波长；为双折射率；为相位延迟差。零级二分之一波片的相位延迟差为π。
在步骤4中，根据本发明优选的，工作波长为355nm的SiO2晶体零级1/4和1/2波片，晶体切向角θ为6.3°，器件厚度分别为0.759和1.518mm。
根据本发明优选的，工作波长为633nm的SiO2晶体零级1/4和1/2波片，晶体切向角θ为8.6°，器件厚度分别为0.789和1.578mm。
根据本发明优选的，工作波长为796nm的SiO2晶体零级1/4和1/2波片，晶体切向角θ为10°，器件厚度分别为0.748和1.496mm。
根据本发明优选的，工作波长为2700nm的KTP晶体零级1/4和1/2波片，晶体切向角(θ, φ)为(18.2°, 0°)，器件厚度分别为1.102和2.204mm。
根据本发明优选的，工作波长为5000 nm的LiInSe2晶体零级1/4和1/2波片，晶体切向角(θ, φ)为 (63.7°, 0°)，器件厚度分别为1.045和2.091 mm。
根据本发明优选的，工作波长为10000 nm的LiInSe2晶体零级1/4和1/2波片，晶体切向角(θ, φ)为 (67.6°, 0°)，器件厚度分别为1.007和2.013 mm。
在步骤5中，对切割加工后的晶体进行相位延迟校正的过程为：
在抛光机上进行研磨，先粗磨至理论厚度，然后再在光纤光谱仪上进行校正，反复细磨，直至相位延迟误差为0。
本实施例还搭建偏振测试实验装置，测试制作的零级波片的偏振调控性能。其中，偏振测试实验装置由激光源、起偏器和检偏器构成。通过调整起偏器和检偏器与零级波片器件光轴的角度，记录输出功率，判断光的偏振状态。
实施例2
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，计算出在355 nm波长处SiO2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系如图1所示。基于此，制备出一种工作波长为355nm的SiO2晶体零级1/2波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角θ为6.3°，器件厚度为1.486mm。
实施例3
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，制备出一种工作波长为355nm的SiO2晶体零级1/4波片，该波片的通光面积为10×10mm2，切向角θ为6.3°，器件厚度为0.743mm。
实施例4
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，计算出在633 nm波长处SiO2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系如图2所示。基于此，制备出一种工作波长为633nm的SiO2晶体零级1/2波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角θ为8.6°，器件厚度为1.577mm。
实施例5
本实施例提供了一种工作波长为633nm的SiO2晶体零级1/4波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角θ为8.6°，器件厚度为0.788mm。
实施例6
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，计算出在796 nm波长处SiO2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系如图3所示。基于此，制备出一种工作波长为796nm的SiO2晶体零级1/2波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角θ为10°，器件厚度为1.496mm。
实施例7
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，制备出一种工作波长为796nm的SiO2晶体零级1/4波片，该波片的通光面积为10×10mm2，切向角θ为10°，器件厚度为0.748mm。
实施例8
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，计算出在2700 nm波长处KTP晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系如图4所示。基于此，制备出一种工作波长为2700nm的KTP晶体零级1/2波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角(θ, φ)为(18.2°, 0°)，器件厚度为2.204mm。
实施例9
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，制备出一种工作波长为2700nm的KTP晶体零级1/4波片，该波片的通光面积为10×10mm2，切向角(θ, φ)为(18.2°, 0°)，器件厚度为1.102mm。
实施例10
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，计算出在5000nm波长处LiInSe2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系如图5所示。基于此，制备出一种工作波长为5000nm的LiInSe2晶体零级1/2波片，该波片的通光面积为10×10mm2，切向角(θ, φ)为(63.7°, 0°)，器件厚度为2.091mm。
实施例11
本实施例提供了一种工作波长为5000 nm的LiInSe2晶体零级1/4波片，该波片的通光面积为10×10mm2，切向角(θ, φ)为(63.7°, 0°)，器件厚度为1.045 mm。
实施例12
本实施例采用如实施例1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤，计算出在10000nm波长处LiInSe2晶体零级1/2波片厚度与光入射方向的关系如图6所示。基于此，制备出一种工作波长为10000nm的LiInSe2晶体零级1/2波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角(θ, φ)为(67.6°, 0°)，器件厚度为2.013mm。
实施例13
本实施例提供了一种工作波长为10000 nm的LiInSe2晶体零级1/4波片，该波片的通光面积为10×10 mm2，切向角(θ, φ)为(67.6°, 0°)，器件厚度为1.007mm。
针对上述实施例2-13制备出的零级波片，其晶体切角和厚度信息被总结于表格1。为确保光学晶体元件的相位延迟精度满足设计要求，还采用高精度波长可调谐光纤光谱仪配合偏振分析系统对上述零级波片器件进行校准。
实验过程中，首先使用劳尔衍射仪对SiO2、KTP和LiInSe2晶体进行精准定向，接着使用数控金刚石线切割机对SiO2、KTP和LiInSe2晶体进行切割加工至初始厚度（理论值+50μm），随后在恒温恒湿实验室环境中进行精密研磨，直至器件在目标波长处的相位延迟误差为0。
下面给出了一种自主搭建偏振调控实验装置，如图7所示。测试本发明中所制备零级波片器件的偏振调控能力。具体实验步骤如下：
(1) 开启激光光源。为保证测试过程中激光输出功率的稳定，先开启激光器预热约15分钟后再进行测试。
(2) 波片光轴的寻找。首先调整起偏器和检偏器的位置，使起偏器和检偏器的偏振平行（功率计检测到的最大能量处）。随后在起偏器和检偏器中引入波片，不断的旋转波片并记录此时功率计接收到的能量，找到功率计能量最大处，此时起偏器-波片-检偏器三者的光轴平行。记录光轴位置便于后续测试。
(3) 进行半波片和四分之一波片的偏振态测试，旋转起偏器，使得入射线偏振光的光矢量与波片光轴呈一定角度，然后转动检偏器，测试不同的转动角度对应的能量来记录输出光的偏振状态。
633nm零级SiO2晶体1/2波片的测试结果如图8中的（a）-（h）所示，θ和φ分别对应于起偏器和检偏器相对于水平线的旋转角度。当线偏振光通过半波片后，输出光仍为线偏振光，但偏振方向相对于波片快轴旋转了θ。当θ=45°时，线偏振光通过半波片后，偏振方向相对于透过半波片之前旋转了90°。当θ=150°时，线偏振光通过半波片后，偏振方向相对于波片光轴旋转了150°。功率计接收到的输出光功率与检偏器旋转角度符合马吕斯定律，说明本发明制备的零级波片器件具备优异的偏振态调控能力。
在一个或多个实施例中，还提供了一种零级波片，其采用如上述任一实施例所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的步骤制备而成。制备的不同工作波长的零级波片，如表1所示。
表1 制备的不同工作波长的零级波片；
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，包括：
选择待制备的零级波片器件的工作波段，确定对应工作波段的晶体材料，进而计算对应工作波段晶体的双折射空间分布数据；
基于折射率椭球方程，求解光矢量以任意角度入射各向异性晶体产生的各向异性折射率，并结合晶体折射率色散方程确定双轴晶体和单轴晶体在不同入射条件下的双折射率，并作为双折射空间分布数据；
光波沿任意角度(θ, φ)入射时，所产生的双折射率通过公式：进行求解，
；
；
；
和分别为双轴晶体中传播的慢光与快光的折射率，θ和φ为球坐标系中入射光的方向，方向为慢光的电位移矢量D1的振动方向，为快光的电位移矢量D2的振动方向，为和轴绕轴转动角度；
、项的系数必等于0，从而可解得：
；
根据相应工作波段晶体的双折射空间分布数据，计算不同光入射方向对应的当前工作波段的零级波片器件理论厚度；
根据当前工作波段的零级波片器件理论厚度，确定出当前工作波长零级波片器件的晶体切角；
根据确定的晶体切角和零级波片器件理论厚度对晶体进行切割加工，得到初始零级波片器件；
对初始零级波片器件的厚度进行逐步调整，以对调整后的初始零级波片器件进行相位延迟校正，直至相位延迟误差为0，制备出最终的零级波片。
2.如权利要求1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，双折射率是入射方向的函数。
3.如权利要求1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，当光沿设定方向在晶体中传播时，产生的双折射率为零，该方向即为晶体中的光轴。
4.如权利要求1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，零级波片器件理论厚度的计算公式为：
；
其中，为零级波片器件理论厚度；为入射光的波长；为双折射率；为相位延迟差。
5.如权利要求1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，紫外至近红外波段的晶体材料采用硼酸盐、硅酸盐和氟化物中至少一种。
6.如权利要求1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，中红外波段的晶体材料采用磷酸盐、铌酸盐、钼酸盐、钽酸盐、镓酸盐、钛酸盐、碲酸盐和钨酸盐中至少一种。
7.如权利要求1所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法，其特征在于，远红外波段的晶体材料采用硫化物、硒化物和磷化物中至少一种。
8.一种零级波片，其特征在于，采用如权利要求1-7中任一项所述的全波段应用的厚度可调零级波片的制备方法中的方法制备而成。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114114514A (zh) * 2021-11-17 2022-03-01 深圳彩翼光电科技有限公司 一种新型零级波片制备方法以及新型零级波片

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101620287A (zh) * 2008-06-30 2010-01-06 上海新跃仪表厂 一种全光纤四分之一波片的制作方法
CN108761622B (zh) * 2018-08-17 2024-01-23 山东大学 一种低波长敏感性的大尺寸真零级光学波片及其制备方法与应用
CN114509839A (zh) * 2022-02-07 2022-05-17 中国科学院上海光学精密机械研究所 一种复合零级的液晶波片设计方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114114514A (zh) * 2021-11-17 2022-03-01 深圳彩翼光电科技有限公司 一种新型零级波片制备方法以及新型零级波片

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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任宏凯.基于KDP、ADP晶体的大尺寸真零级波片研究.《万方数据知识服务平台》.正文第52-54页，第70-73页，第82页. *

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