光學分光鏡綜合介紹簡析

分光鏡也叫分束鏡，能通過自身鍍膜特效實現(xiàn)將一束光分成多束的光學元件，通常由光學玻璃鍍膜加工而成。其表面覆蓋了分光膜，針對不同的分光鏡形態(tài)，我們一般將其分成分光平片和分光棱鏡兩大類。

分光鏡特征及用途表

使用激光(直線偏光)的實驗

在使用激光的實驗中，半反射鏡的分束比有可能隨偏光特性發(fā)生很大的變化。理解了各種半反射的偏光特性的基礎上，需要根據(jù)使用目的進行選擇。

分光鏡入射光和出射光偏振態(tài)對比表

(比例分光片)

分光平片，主要通過在基底玻璃一面鍍分光膜，通常在另一面鍍增透膜，從而把一束光分為反射的一束光和透射的一束光。比例分光片可以使用金屬膜或介質膜制作，而二向色鏡則必須使用多層介質膜真空蒸鍍而成。高質量的介質膜分光片吸收損耗極?。ㄍǔ?lt;1%），其穿透率(T)與反射率(R)之和非常接近100%（但仍小于100%，存在微小的吸收和散射損耗）。 分光方式可以簡單分為兩類，一類是以光透反射比例實現(xiàn)分光的比例分光片，如50/50、70/30分光片等；另外一類則是以波段劃分的二向色鏡，在專業(yè)光學領域被統(tǒng)稱為二向色鏡或分色鏡，其應用覆蓋紫外、可見光及紅外波段。

（比例分光片）

（二向分光片）

分光光楔：為提升大尺寸分光片的機械穩(wěn)定性和抗變形能力，其基底厚度通常會增加。此時，后表面產(chǎn)生的反射光（鬼像）會與主反射光（前表面反射光）在空間重疊，形成干擾性雜散光或干涉噪聲。為消除此干擾，可將分光片加工成具有微小楔角（典型值0.5°~3°）的光楔結構。該楔角使前后表面不平行，導致后表面反射光經(jīng)折射后以顯著角度偏離主反射光路，從而實現(xiàn)物理隔離。

注意：光楔結構同時會使透射光束發(fā)生偏折，在需要嚴格準直的應用中需進行光學補償（如使用配對反向光楔）。

（分光光楔）

分光棱鏡，是把分光膜鍍在直角棱鏡的斜邊表面上，再膠合一個同樣形狀的棱鏡（或通過光膠工藝結合）。最常見的形態(tài)是立方體，也有其他直角棱鏡組合等形式。其工作原理是通過在待膠合（或光膠）的棱鏡表面上鍍制分光膜。入射光到達這個內部分光膜時，一部分反射，一部分透射。棱鏡的結構設計使得反射光和透射光從不同的面出射，并且最常以90度角分離。

（普通分光棱鏡）

普通分光棱鏡（中性分光棱鏡）：以實現(xiàn)能量分束為目標，通常不控制偏振態(tài)。其分光膜（金屬膜或介質膜）對S偏振和P偏振的響應存在差異（偏振依賴性），設計時力求最小化此差異。入射光可為自然光、偏振光或部分偏振光，無需滿足S/P分量相等。兩束出射光為能量近似相等但偏振態(tài)混合的部分偏振光。在對偏振一致性或分光比精度要求極高的系統(tǒng)中，其性能可能不足。

（偏振分光棱鏡）

偏振分光棱鏡（PBS）：由一對高精度直角棱鏡膠合而成，斜面鍍有多層介質偏振分光膜（或采用金屬線柵）。當非偏振光垂直入射時，分光膜高效反射S偏振光，透射P偏振光，使兩束出射光從相鄰垂直面出射，且偏振態(tài)正交（反射光≈S光，透射光≈P光）。

注意：

出射光為高度偏振化（消光比通常>100:1），但存在輕微偏振泄露；

入射偏振光的偏振方向直接影響分束比（如45°線偏振光入射時，兩路光強相等）；

介質膜型PBS適用于常用激光波長（如488nm, 532nm, 633nm, 1064nm）或窄波段；

金屬線柵型PBS可在紫外至紅外寬波段工作，但損傷閾值較低。

（消偏振分光棱鏡）

消偏振分光棱鏡（NPBS）：通過優(yōu)化多層介質膜堆棧結構，大幅降低分光比對偏振態(tài)的依賴性（S/P光分光比差異 <5%）；其偏振特性出射光偏振態(tài)與入射光無關，適用于任意偏振光源；其窄帶型成本低，寬帶型需復雜膜系（百層量級），分光比可能隨波長波動；嚴格依賴設計入射角（通常0°或45°），角度偏離將劣化性能；

激光適用性：

低功率激光：全類型適用；

高功率連續(xù)激光：優(yōu)先選用光膠或空氣隙型結構；

脈沖激光：需驗證膜層損傷閾值（通常 <500mJ/cm2@1064nm, 10ns）。