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

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窗口（板），較厚區域的波前可以相對于較薄區域延遲預先設計的量，通過定義區域的邊界可以實現任何所需的輪廓。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：

• 模式轉換器

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

用作光束轉換器的相位板示例

• 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。步數達到兩個 pi 的次數稱為拓撲電荷，并用“m”標記。該相位板產生相位渦旋光束，該光束在圖像平面中轉換為環形或環形光束。這種環形光束可用于受激發射損耗 (STED) 顯微鏡。該方法用于實現超分辨率顯微鏡，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，將這個相位差轉化為強度差，從而更容易區分物體和背景。

相位

拓撲電荷 m=1 的方形渦旋相位板的 16 級設計。

TL; DR – 問答摘要

什么是相位板？

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

相位板有哪些功能和應用？

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

模式轉換器中相位板的用途是什么？

相位板可用于將 TEM00 Hermite – 高斯模式光束轉換為其他模式，方法是在相位板的預先確定的眾所周知的區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建拉蓋爾 - 高斯環形模式。這些環可用于 STED 顯微鏡，或任何其他需要具有亞衍射極限中心孔的環形光束的應用。