當「玻璃」遇上「膜」，成就了神奇的它

點擊【光學薄膜前沿】↑關注我們！

光學薄膜前沿，Frontiers of Optical Coatings

光學薄膜新材料領域的行業門戶+媒體+智庫

技術交流、產業合作、人才交流、企業宣傳

新媒體、新行業、新材料、新工藝、新商業

摘要

摘

分束鏡（Beam splitter）

它是一個可以將一束光分成兩束光或多束光的光學裝置。在光學玻璃表面鍍上一層或多層的薄膜，這時一束光投射到鍍膜玻璃上後，通過反射和折射，光束就被分為兩束或更多束，種鍍膜玻璃就叫做分束鏡。簡單來說，其就是一塊鍍有金屬膜、或介質膜並起到分光效果的鍍膜玻璃。

玻璃「遇上」膜是在哪一年？

1934年

Pfund牽線而來

Michelson儀器第一塊分束鏡誕生

分束鏡與儀器設備結下不解之緣

現代光學儀器中可隨處見其身影

相機、投影儀、激光器等光學系統

分束鏡必不可少

科學技術是第一生產力，而現代儀器設備則是第一生產力的三大要素之一。

《金國藩院士談王大珩推動中國儀器科學發展》

近年來，我國儀器儀錶產業迎來高速發展。可以說，中國科學技術的發展離不開儀器科學進步，因此儀器科學的重要性是不言而喻的。通常，分束鏡被廣泛應用於教學用干涉儀、激光干涉儀、偏振光研究、光纖通信等各類光學研究和使用場合，是光學研究及使用系統的一個重要元件。

玻璃「遇上」膜又結了哪些「果」？

1

立方體型和平面體型

按照面型不同分類

把膜層鍍在透明的平板上的光學元件。由於不可避免的像散（細光束光通過光學系統成像後所引起一種像差），通常應用於中低光學裝置中。

平面型分束鏡

把膜層鍍在45°的直角稜鏡斜面上，再膠合一個同樣形狀的稜鏡，構成膠合立方體結構。膠合稜鏡由於其自身具備的裝調方便、膜層不暴露在空氣中不易損壞和腐蝕等優點常備應用於性能要求較高的光學系統。

立方體型分束鏡

2

偏振型與非偏振型

按分束界面的原理不同分類

非偏振型分束鏡，入射光束在半透面上部分反射，光束部分透射形成兩束光，光源僅光強度根據半透面的（透射率：反射率）比例進行分離，除光強度外其餘性質與入射光相同。多採用平面型。

偏振型型分束鏡，偏振分束鏡是利用光的偏振來實現50/50的中性分光。它的原理是對於折射率不同的兩種介質的分界面n1/n2,當入射角θ滿足布儒斯特條件時，即tanθ=n2/n1,p-偏振光的透射率接近於1，s-偏振光則部分反射，部分透射，為了增加s-偏振光的反射率，保持p-偏振光的透射率接近於1，可以將兩種材料交替澱積成多層膜，膜層在特定入射角的條件下的有效光學厚度，應等於中心波長的1/4,當膜層足夠多時，s-偏振光則部分反射率接近於1，p-偏振光的透射率接近於1，因此對於自然光而言，在一定波長範圍內，是良好的中性分束鏡，但較多場合是用來作為偏振度較高的偏振分束鏡。

3

金屬分束鏡和介質分束鏡

按分束鏡膜材的不同分類

金屬分束鏡

金屬分束鏡是中性分束鏡的一種，通常將k/n（k為消光係數）比較大的鋁、鎳鉻合金等金屬膜鍍制在玻璃板或45度角的直角稜鏡上製成。其具有機械強度高、化學穩定性好等特點，但是光能吸收損失大、分光效率低，通常在金屬膜與玻璃基底之間加一層硫化鋅膜來緩解。

介質分束鏡

介質分束鏡也是中性分束鏡的一種，其應用膜層透過率約為50%的介質膜鍍制在玻璃板或45度角的直角稜鏡上製成。通常在真空中蒸鍍純鈦（Ti），然後在空氣中加熱到420℃，使純鈦氧化成二氧化鈦（TiO2），可以製得R=0.45和T=0.55的中性分束鏡。除此之外還有利用二氧化硅與五氧化三鈦交替鍍制的多層膜結構，此種膜的製備將在下篇文章中詳細介紹，這裡不再多述。由於介質膜的吸收可以小到可以忽略的程度，所以分束效率高，這是分束鏡的主要優點，但是其傳播對波長較敏感，這給中性分束鏡帶來困難。

玻璃「遇上」膜到底成就了誰？

科研：邁克爾遜干涉儀

邁克爾遜干涉儀，是1881年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為研究「以太」漂移而設計製造出來的精密光學儀器。它是利用分振幅法產生雙光束以實現干涉。

原理：邁克耳遜干涉儀的原理是一束入射光經過分光鏡分為兩束後各自被對應的平面鏡反射回來，因為這兩束光頻率相同、振動方向相同且相位差恆定（即滿足干涉條件），所以能夠發生干涉。運用干涉條紋的特性來達到測量平面鏡性能的目的。干涉中兩束光的不同光程可以通過調節干涉臂長度以及改變介質的折射率來實現，從而能夠形成不同的干涉圖樣。其中分光鏡的作用是將入射光分成兩束光。

生產生活：寶石鑒定

二向色鏡是用來檢驗寶石有無二向色性的器件，由於只有雙折射寶石具有二向色性，因此若能檢驗出二向色性，則可證明所檢測者，是雙折射寶石，反之不一定成立，檢測不出二向色性的樣本，有兩種情況，可能其為單折射寶石，或者其雖為雙折射寶石，但其二向色性過弱。

當正常白光透過雙折射寶石時，會被分解成兩束彼此垂直振蕩的光線，由於二向色性的原理，這兩束光線的顏色可能不同，但混合起來一起進入人眼，就是寶石的顏色，人的眼睛可沒有辦法將這兩光束區分開來，因而要藉助二向色鏡；二向色鏡內的方解石是自然界中，雙折射效應最大的礦物，其會將射出寶石的兩束光線，再次分離開，再借著二向色鏡內的光學反射導引，將這兩束光線分別投射到兩塊不同區域，而使用者只要借著觀察到這兩塊區域的顏色是否不同，便能確認寶石是否具有二向色性，也就能推論寶石是否具有雙折射了。

簡單的歸納起來，透過二向色鏡觀察寶石，會看到兩個小窗口，分別代表寶石上同一塊區域，但不同振蕩方向的光線顏色，若這兩個窗口的顏色不同，則可知寶石具有二向色性。

激光分束器：Holoor激光打孔

現代許多的應用方案中，都需要有穿孔的薄板材料，這些小孔的直徑從10微米到100微米量級。在包裝行業中，有孔的塑料、金屬板、紙盒或金屬箔可以起到一些不可替代的作用。

激光打孔的基本配置包括脈衝激光、透鏡、可移動的反射鏡、旋轉控制。每一次激光脈衝可在材料上產生一個孔洞。在激光脈衝的間隔，薄板材料可以移動或調整鏡片角度來改變激光光束的方向。

衍射光學分束鏡將主光束複製分成所要求的光束數量，這些光束通過指定的角度，投射到一維或二維的陣列中，光束分束鏡使同一部件上的多個位置同時打孔，並能在各點之間達到非常精確的距離。這些位置的位置是嚴格對齊的。這種具有成本效益的DOE元件提供了更快的加工速度和更好的對齊方式，並且常常消除了移動x – y位置的需要。

光束分束鏡在正入射角輸入一束平行光束，並以不同的角度產生許多準直光束。這些光束可以通過聚焦透鏡轉化為光斑點。如果透鏡被放置靠近衍射元件，它可以聚焦所有的光束。

分束鏡科普系列二?

後續

來源：光學薄膜前沿

作者：韓笑天

編輯：付冠傑

註：文章信息僅為提供讀者參考和分享交流而用，不代表本公眾號觀點，文章版權歸原作者所有！

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！