作者：郭sy 时间：2025-11-04
涡旋波片（Vortex Retarder）和螺旋相位片（Spiral Phase Plate, SPP）都是用于生成轨道角动量（OAM）光束（即“涡旋光”）的光学元件，但它们的工作原理、性能特点和适用场景有显著区别。以下是两者的详细对比。
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特性 |
涡旋波片（Vortex Retarder） |
螺旋相位片（Spiral Phase Plate, SPP） |
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工作原理 |
基于 几何相位（Pancharatnam-Berry Phase），通过偏振调制生成OAM |
基于物理厚度螺旋变化，直接引入相位延迟 |
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偏振依赖性 |
对入射光偏振态敏感，偏振相关，可用于生成矢量偏振光束和涡旋光束 |
与偏振无关，适用于任意偏振光 |
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加工方式 |
在基片上制作液晶聚合物（LCP） |
光刻 |
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拓扑荷数 |
由设计决定（如半波片通常产生 ℓ=±2） |
由螺旋面的“台阶”高度和数量决定 |
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成本 |
中高 |
中低 |
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典型应用 |
量子通信、光学操控、动态系统（需偏振控制） |
激光加工、高功率系统、宽谱涡旋光生成 |
螺旋相位片是一种独特的光学元件，螺旋相位板的作用是将输入的高斯光转换成圆环形能量环，也就是产生涡旋光。
涡旋波片具有偏振相关的光学特性，根据入射光束偏振态的不同，可用于生成矢量偏振光束或具备螺旋相位波前的涡旋光束，可将TEM00模高斯光束转换为“空心孔型”的中空强度分布。涡旋波片可以将线性偏振光转换为径向或方位角偏振光束，将圆偏振转换为涡旋光。
当需要产生径向偏振时，则需要将入射线性偏振光偏振方向调整为与涡旋波片0°快轴平行。
当需要产生角向偏振时，则需要将入射线性偏振光偏振方向调整为与涡旋波片0°相互垂直。
涡旋波片和螺旋相位板特点
入射光为线偏振态时，经涡旋波片后生成矢量偏振光束，其中存在两种特殊场景。入射光的偏振方向与涡旋波片0°快轴平行时，可生成径向偏振光。线偏光的偏振方向与涡旋波片0°快轴垂直时，可生成角向偏振光。当入射光为圆偏振光时，可生成具有螺旋波前的涡旋光束。
不管是线偏振光还是圆偏振光涡旋相位板都能生成涡旋光。
总结：涡旋波片是“偏振魔术师”，通过精巧的偏振操控高效生成涡旋光，但依赖特定输入条件。螺旋相位板 是“物理工匠”，用简单的厚度变化实现相位调制，通用性强但灵活性低。
涡旋波片和螺旋相位片使用上的区别
涡旋波片和螺旋相位片都能产生涡旋光，但是两者使用上还是有点区别。
涡旋相位板使用比较简单，基本上常见光路就是激光器-螺旋相位片-聚焦镜-输出涡旋光。
涡旋波片常见的光路是激光器-线偏振片-四分之一波片-涡旋波-输出涡旋光，步骤详解如下。
1.激光器 (Laser)，发出高斯光束（通常是线偏振的）。
2.线偏振片 (Linear Polarizer, LP)，用于进一步净化激光的偏振态，确保其成为纯粹的线偏振光。这一步对于偏振纯度不高的激光器尤为重要。
3.四分之一波片 (Quarter-Wave Plate, QWP)，这是关键步骤。调整四分之一波片的光轴方向，使其与入射的线偏振光方向成45°夹角。这样可以将线偏振光转换为高质量的圆偏振光（左旋或右旋取决于45°的方向）。
4.涡旋波片 (Vortex Retarder)，圆偏振光垂直入射到涡旋波片上。出射光会转换为携带相反旋向圆偏振的涡旋光。
图1左边涡旋波片，右边涡旋相位板
