晶體的雙折射現象
波片的原理主要基於晶體的雙折射現象。雙折射是指當光進入某些透明材料時，它會分解成兩個偏振方向相互垂直的光，即o光和e光。這兩種光的折射率不同，導致它們在材料中的傳播速度也不同。波片通常由具有精確厚度的雙折射晶體（如石英、方解石或雲母）製成，其光軸與晶片表面平行。當線偏振光垂直入射到這樣的晶片上時，它的振動方向與晶片光軸形成一個角度，入射的光振動分解成垂直於光軸和平行於光軸的兩個分量，即o光和e光。
由於o光和e光的折射率不同，它們在通過波片時會積累不同的相位。實際產生的相位差是由材料的特性、波片的厚度和入射光的波長決定的。這個相位差可以通過以下公式描述：其中no和ne分別是o光和e光的折射率，d是波片的厚度，λ是入射光的波長。
波片可以產生不同的出射光偏振態，如線偏振光、橢圓偏振光或圓形偏振光，這取決於入射光的偏振態、光軸的夾角以及通過波片後產生的相位差。波片與其他偏光器件結合使用，可以實現光的各種偏振態之間的相互轉換、偏振面的旋轉以及光波的調製。
最常見的波片類型包括四分之一波片和半波片，它們的相位延遲量分別為λ/4和λ/2，對應的相位傳播距離分別為λ/4和λ/2。四分之一波片可以將線偏振光轉換為橢圓偏振光，而圓偏振光通過四分之一波片可以得到線偏振光。半波片則可以將線偏振光的偏振面旋轉90度，或者使兩個正交偏振方向的相位延遲差為π，從而減小去極化損耗。半波片和偏振片結合使用可以實現可調透射率的輸出耦合器。