Halbwellplatten

Halbwellplatten, auch als Halbwellretarder bezeichnet, sind optische Elemente aus birefringentem Material, die eine Phasenverschiebung von ungefähr einer Halbwelle zwischen den beiden orthogonal polarisierten Komponenten des auftreffenden Lichts erzeugen. Sie dienen vor allem dazu, die Polarisationsebene linear polarisierten Lichts gezielt zu drehen oder zu modulieren.

Funktionsprinzip: Ein linear polarisiertes Licht trifft auf eine Halbwellplatte, deren Achse des schnellen und des langsamen Optikpfads in einem bestimmten Winkel zueinander stehen. Die zwei Komponenten des Lichts erfahren unterschiedliche Fortpflanzungswiden, wodurch eine Phasenverschiebung Δφ entsteht. Bei Δφ ≈ π (Halbwelle) wird die Polarisationsebene des emergenten Lichts um 2θ gedreht, wobei θ der Winkel zwischen der Eingangspolarisation und der schnellen Achse der Platte ist. Mathematisch gilt Δφ = (2π/λ) Δn t, wobei Δn der Brechungsindexunterschied n_e − n_o, t die Dicke der Platte und λ die Wellenlänge des Lichts ist. Demnach wird t so gewählt, dass Δφ π beträgt: t = λ/(2Δn). Halbwellplatten sind damit wavelängeweschneidend für eine bestimmte Wellenlänge; für andere λ verschiebt sich die Retardation.

Materialien und Bauweise: Typische Halbwellplatten bestehen aus birefringenten Kristallen wie Quarz oder MgF2. Die Dicke ist wellenlängenabhängig, weshalb Halbwellplatten in der Praxis für bestimmte Spektren optimiert werden. Für breitbandige Anwendungen existieren achromatische Halbwellplatten, die mehrere Schichten verwenden, um die Retardation über ein breites Spektrum zu stabilisieren.

Anwendungen: Polarisationsteuerung in Laser- und Spektroskopie-Anlagen, in der Mikrowellen- und Telekommunikation, sowie in Mess- und Imaging-Systemen, wo eine gezielte Drehung der Polarisation erforderlich ist. Nachteile sind die starke Wellenlängenabhängigkeit und Temperaturempfindlichkeit; zudem muss die Platte exakt ausgerichtet werden.