相位板是许多类型光学元件的通用名称，旨在为波前提供预先设计的相位轮廓。该阶段可用于各种光整形应用。在本文中，我们将详细介绍相位板光学器件的工作原理以及相位板在激光光学中的一些可能应用。

工作原理

穿过透射材料的波前的速度低于穿过空气的波前。这意味着通过制造具有可变厚度的光学窗口（板），较厚区域的波前可以相对于较薄区域延迟预先设计的量，通过定义区域的边界可以实现任何所需的轮廓。对于给定相位分布，在远场接收到的图像将由该相位的傅里叶变换和输入幅度给出。这意味着几乎可以生成任何图像。

相位板的种类和用途：

• 模式转换器

使用在某些区域与其他区域具有半个周期延迟 (pi) 的相位板，TEM00 高斯光束可以转换为其他 TEM Hermite-Gaussian 光束。例如，如果一半光束相对于另一半延迟 pi，则模式转换为 TEM01。

用作光束转换器的相位板示例

• 螺旋相位板

螺旋相位板，也称为涡旋相位板，是一种相位从0到2π逐步增加的相位板。步数达到两个 pi 的次数称为拓扑电荷，并用“m”标记。该相位板产生相位涡旋光束，该光束在图像平面中转换为环形或环形光束。这种环形光束可用于受激发射损耗 (STED) 显微镜。该方法用于实现超分辨率显微镜，其分辨率大于衍射限制光斑尺寸，这是先前的障碍。涡旋相位板也可以反过来使用，帮助分析圆形光束并确定它们的光学角动量。

• 相差显微镜

相差显微镜，也称为相位板显微镜，是一种显微镜方法，旨在突出透明材料（例如活细胞）的对比度差异。当尝试对透明物体进行成像时，物体散射的光强度与未散射的背景光非常相似，因此很难区分两者并获得图像。然而，由于材料的延迟不同，物体散射的光与背景的相移很小。使用相位板，将这个相位差转化为强度差，从而更容易区分物体和背景。

相位

拓扑电荷 m=1 的方形涡旋相位板的 16 级设计。

TL; DR – 问答摘要

什么是相位板？

相位板是一种光学窗口，旨在为通过的波前（光束）在输出端提供已知且预定的相位。

相位板有哪些功能和应用？

相位板有很多用途，其中有模式转换器、涡旋光束的产生、相位对比（相位板）显微镜等等。

模式转换器中相位板的用途是什么？

相位板可用于将 TEM00 Hermite – 高斯模式光束转换为其他模式，方法是在相位板的预先确定的众所周知的区域中提供半个周期的延迟 (pi)。

涡流相位板有什么用？

涡旋相位板可用于创建拉盖尔 - 高斯环形模式。这些环可用于 STED 显微镜，或任何其他需要具有亚衍射极限中心孔的环形光束的应用。