双折射滤光片(Birefringent Filter)是一种常用的调谐与压缩谱线宽度的滤光元件，广泛应用于染料激光器和固体激光器。

 

当一束线偏振光入射双折射晶体时，将会分成振动方向相互垂直的偏振光，即寻常光(o光)和非寻常光(e光)。如果入射光与晶体光轴的夹角为α，则通过厚度为d的晶体后，产生的相位差∆Ø为

$∆\Phi =\frac{2\pi }{\lambda }(n_0-n_e)d\cos \alpha =\frac{2\pi }{\lambda }∆nd\cos \alpha$

式中，$n_o$和$n_e$分别为o光和e光的折射率，d为晶体的厚度。

 

当∆Ø=2kπ时，得到与入射光偏振方向一样的线偏振光，即不改变入射偏振光的偏振态，此时的透过率最大；当∆Ø=(2k+1)π时，得到与入射光偏振方向相互垂直的线偏振光，此时的透过率最小。一块双折射滤光片的透过率为

$T\left(\lambda \right)={\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\pi }∆\mathrm{nd}}{\lambda }\right)$

式中，$∆T$为插入损耗。

谱线宽度$∆\lambda$为

$∆\lambda =\frac{{\lambda }^2}{\pi ∆nd}{(∆T)}^{\frac{1}{2}}$

自由光谱范围(Free Spectral Range，FSR)为

$F=\frac{{\lambda }^2}{∆nd}$

当入射光与晶体光轴的夹角α改变时，则最大透过率的波长随之改变，从而实现激光器的调谐。

 

单块双折射滤光片的光谱透过率曲线比较平缓，一般难于获得窄线宽的激光，所以为了获得更窄的线宽，通常将三块不同厚度的双折射滤光片组合起来(用空气或者玻璃隔开)，如图1所示。

 

图1 三块组合的双折射滤光片(厚度比=d：2d：9d)

 

当用数片双折射滤光片调谐时，则厚片决定谱线宽度，而薄片决定自由光谱范围(调谐范围)。为了抑制组合双折射滤光片的透射次峰，三块晶体的透射峰应该在最薄晶体的透射峰处重合，所以要求三块晶体的光轴彼此平行。另外，为了提高入射光的偏振度和减小损耗，组合双折射滤光片的法线方向应该与入射光方向成布儒斯特角。