作者：李zx 时间：2026-06-10
本文旨在介绍分光镜种类与分光镜基础原理，包含无偏光分光镜，偏振分光镜，高调波分离器和可变式分光镜差异。并对比光束取样器中的分光立方体与平板分光镜的结构优缺点、光路偏差与杂散光问题，解析各类分光比组合多分岐分光方案，同时介绍光束取样器特性及选型注意事项，为激光、精密测量、超短脉冲光学系统提供选型参考。
分光镜是结构最简易的光学功能器件。倘若没有分光镜，精密产业不可或缺的干涉测量仪器、支撑未来发展的光量子计算技术都将不复存在。分光镜的基础作用是分割光通量，而随着激光器的问世，它还能完成各类复杂工作，例如复刻、叠加光所携带的多种信息，以及进行光学运算等，功能十分强大。
不过，分光镜本身构造简单，仅为在玻璃基板的45°入射面上镀制部分反射膜而成的光学元件。
射入分光镜的光线会分为透射光与反射光两大类。根据功能差异，分光镜可分为多种类型：不会改变光的波长、相位、偏振方向的无偏光分光镜，按波长分光的高调波分离器，按偏振方向分光的偏振分光镜，不同类型的分光镜，可通过改变镀膜膜层结构实现区分。这类镀膜并非像反射镜那样，追求接近极限的超高反射率。以金属铬镀膜为例，通过控制膜层厚度，即可调节透射光与反射光的光量占比。
分光镜种类
1. 仅分割光通量的无偏光分光镜（NPCH、HBCH等）
2. 按特定波长分光的高调波分离器（YHS、YHSQ等）
3. 按偏振方向分光的偏振分光镜和偏振分光立方体（PBS、PBSW等）
4. 光通量分光比例可调的可变式分光镜（VBS）
分光镜常规使用入射、透射、反射三个光路方向。部分场景下，可利用反射镜将透射光、反射光折返，再次透过或经分光镜反射，实现四光路应用。小型光学系统需要精简分光镜的安装调节空间，因此业界常采用分光立方体：在45°直角棱镜的斜面上镀膜，再将两块直角棱镜的斜面粘合，组合成立方体结构。
分光立方体的优点是光线可垂直射入立方体端面，光束不会产生折射与偏移，直线传播；安装时只需保证光束垂直入射立方体即可，布局调试简单直观。分光立方体的缺点是除45°斜面分光面外，还有四个垂直于光束的通光面，这些端面的反射易产生回光、杂散光，会影响激光器稳定性与测量精度。尽管四个端面均镀有增透膜，但高精度光学测量中，微弱的回光依旧会干扰测量数据。
图1. 立方体与平板的分束镜光学系统比较
平板分光镜优点是易于做大尺寸规格，适配大口径光束；除分光面外，仅背面存在单一反射面，且光线以45°角入射，几乎不会产生有害回光。平板分光镜的缺点是光束穿透玻璃基板时会发生光路折射、偏移，后续光路需要校正倾斜与位置偏差；基板多为圆形，45°入射的光束会在分光面投射为横向椭圆形，导致基板上下区域闲置浪费。简单来说，平板分光镜所需口径，需达到镜头、滤光片有效口径的1.5倍。此外，固定支架可能遮挡透射光束，若分光镜口径余量不足，会导致光束质量劣化。
图2. 分光镜的杂散光产生原因与支架导致的渐晕
除此之外，选用立方体或平板分光镜或其他分光镜种类，还需结合光学系统特性判断。部分光学元件的厚度会直接影响光学性能：例如成像系统中，即使是平行平板玻璃，置入光路后也会因折射产生像差；针对存在波长色散问题的超短脉冲光学系统，相较于厚块体分光镜，更适合选用平板分光镜或薄型平板分光镜（MPSMH）。
图3. 薄型平板分光镜图片
仅用于均分光束亮度的分光镜，拥有多种分光比例规格。分光比1:1的器件俗称半反射镜，品类丰富；除此以外，还有反射：透射=1:2、1:3等规格，也可根据定制需求生产特殊分光比产品。搭配不同分光比的分光镜组合使用，就能将单束光源均分拆分为多束等亮度光束。
举例说明：
三等分光束：先用1:2（33.3%:66.7%）分光，再将占比2的光束以1:1（33.3%:33.3%）二次均分；
五等分光束：先用1:3（25%:75%）分光，占比3的光束（37.5%:37.5%）先后通过两次1:1（18.8%:18.8%）分光；再将原占比1的光束以1:3（6.3%:18.8%）细分，舍弃弱光支路，最终五束光均可保留原光量的18.8%。
图4. 三等分光路与五等分光路图区别
在高损耗光路等需要平衡光通量的场景中，常会选用1:2、1:3等非等分分光镜。实际光学应用中，常无法直接检测主光束，需要截取少量光线用于实时监测，此时就会用到光束取样器（BS4）。其外观为普通玻璃基板，背面镀有增透膜。常有客户咨询：光束取样器是否需要从镀膜面入射？正确用法为：从无镀膜的裸玻璃面入射。未镀膜的玻璃表面在45°入射条件下，会产生约5.2%的反射光，绝大部分光线正常透射，不影响主光路工作。利用这5.2%的微弱反射光，搭配探测器、光束分析仪即可实时监测主光束状态。因无镀膜设计，波长依赖性极低，在常规增透膜工作波段（400~700nm）内全域通用；标准使用角度为45°，小幅度调整入射角也可正常工作。
针对激光、线偏振光束时，当偏振面与取样器反射面法线相互平行（P偏振），入射角在0~56.6°范围内调节，反射率可在4%~0%之间连续变化。该特性源于P偏振光在布儒斯特角下反射率趋近于0的光学原理。利用这一特性，既能降低主光束的光损耗，也无需额外加装衰减片弱化取样光束。
θb=tan−1n ，n：玻璃的折射率
需注意：当光束取样器反射率极低时，背面增透膜的残留反射光会产生明显干扰。此时建议选用楔型光束取样器（BS4-W），通过楔形结构分离正面反射光与背面杂散光，搭配光阑遮挡背面杂散光，保障检测精度。
图5. 光束采样器楔形类型的表面反射光与背面反射的光路
