作者：李jw 时间：2026-10-12
在激光系统与光学实验光路中，非偏振分光镜、二向色镜与合束镜是三类经常用到的基础元件。这三种功能看似不同的器件往往采用同一种光学基片，真正决定其功能的是表面镀膜方案和光路上的摆放方式——同一片二向色镜正向使用能把共线的多波长光分开，反过来用又能把多路不同波长的光合成一束。以下从基本原理讲起，部分分光膜（Partial Reflectance）与二向色镀膜这些容易混淆的概念理清楚，说明45°入射条件下的使用要点，并结合Layertec分光镜系列的实际产品参数，介绍其在高功率激光和飞秒激光系统中的应用特点，方便光路设计时参考选型。
一、分光镜（Beam Splitter）
1.基本原理
分光镜是将单束入射激光按固定能量比例分为透射光与反射光两束的光学元件。Layertec分光镜标准设计为45°入射角，入射光到达镀膜表面后，一部分能量透过元件沿原光路传播，另一部分能量以90°角反射输出。元件表面镀有部分分光膜（Partial Reflectance，PR膜，部分特殊设计的宽带 PR 膜在较宽波长范围内分光比变化较小，可称为中性分光膜），通过膜层设计精确控制透射与反射的能量比例，常见比例包括50:50（这个比例也叫半透半反膜）、70:30、90:10乃至99:1等。非偏振分光镜在其设计波段内按固定比例分配光能量，反射光和透射光的波长组成相同，不具备按波长分离光路的能力——这是它与二向色镜的根本区别
2.产品用法
使用时将非偏振分光镜以45°角安装于光路中，入射光从镀膜面（Front Side S2）入射。透射光沿原方向继续传播，反射光垂直于原光路方向输出，两路光可分别接入后续光学系统。选型时需确认工作波长与所需分光比匹配；若系统对偏振敏感，应选择标注s或p偏振优化的型号；若入射光为非偏振光或系统对偏振差异不敏感，可选标注unpol的型号，其分光比对s/p平均值成立；若要求s与 p分光比严格一致，应选择标注s,p并给出|Rs-Rp|指标的非偏振型号。对于飞秒超短脉冲激光应用，Layertec分光镜提供低GDD（群延迟色散）型号，标注|GDD|数值，可有效减少脉冲展宽。元件背面通常镀增透膜（AR膜）以减少背面反射干扰。安装时应避免用手接触光学表面，注意入射方向与镀膜面朝向。
3.应用场景
非偏振分光镜广泛用于激光功率监测与取样，在主光路中分出部分能量至功率计或光电探头，实现激光加工过程中的实时功率监控；在干涉仪、全息照相、光学相干检测等装置中提供两束相干光；在飞秒激光放大系统中用于种子光分束与脉冲拾取；在多通道光学系统中将一束激光分配至多个工作头或测量通道；部分高反比分光镜（如R=99%）可作为输出耦合镜使用。
4.Layertec分光镜部分标准品规格表
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产品型号 |
基底材料 |
尺寸(直径×厚度) |
工作波长 |
镀膜规格(45°入射) |
GDD |
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101142 |
FS Excimer Grade |
Ø38.1mm×6.35mm |
248nm |
S2：PRu=50%(±3%)； |
— |
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106065 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×6.35mm |
250-280nm |
S2：PRp=50%(±5%) |
<20fs² |
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136973 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×6.35mm |
300-400nm |
S2：PRp=50%(±3%) |
GDD优化 |
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103864 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×1mm |
380-420nm |
S2：PRp=70%(±3%)； S1：ARp<0.2% |
<20fs² |
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108029 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×3.05mm |
380-420nm |
S2：PRp=99%(±0.5%)；S1：ARp<0.2% |
<20fs² |
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107797 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×3.05mm |
350-450nm/630-650nm |
S2：PRp(350-450nm)=50% + PRu(630-650nm)=50%；S1：ARp(350-450nm)<0.2% + ARu(630-650nm)<1% |
<20fs² |
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141608 |
Corning 7980 2F(标准品) |
Ø25mm×3.05mm |
515nm |
S2：PRs,p=50%(±3%)，|Rs-Rp|<4%；S1：ARs,p(515+532nm)<0.7% |
— |
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108636 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×3.05mm |
490-600nm |
S2：PRp=90%(±2%)； S1：ARp<0.2% |
<20fs² |
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106896 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×1mm |
440-1020nm |
S2：PRs=50%(±3%)； S1：ARs (460-990nm)<5% |
<10fs² |
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107801 |
Corning 7980 2F |
装架式（Mounted Beamsplitter），金属外框 Ø25mm×t=3.0mm，内片 Ø20mm×0.5mm |
450-1030nm |
S2：PRs=51%(±3%)； S1：ARs<2% |
<20fs² |
注：s=S偏振，p=P偏振，unpol=非偏振；PR为部分反射（分光膜），AR为增透膜；GDD为群延迟色散，适用于飞秒激光。
二、二向色镜/合束镜（Separator/Combiner）
1.基本原理
二向色镜与合束镜镜是同一种元件，在Layertec产品目录中统一归为Separator/Combiner。这类元件利用二向色镀膜（Dichroic Coating）对不同波长的选择性透过与反射特性工作：镀膜对某一波长范围表现为高反射（HR），对另一波长范围表现为高透射（HT）或低反射。
作为二向色镜使用时：多波长共线光束从镀膜面入射，高反波长以90°反射输出，高透波长沿原光路透射输出，实现波长分离。
作为合束镜使用时：高透波长沿透射轴入射并穿过元件，高反波长从垂直方向入射至镀膜面被反射，两束光在出射侧合并为同一方向传播，实现波长合束。
根据光路可逆原理，同一片二向色镜正向用是分光、反向用是合束，光学规格完全一致，产品型号通用。
2. 产品用法
使用时将元件以45°角安装，镀膜面（Front Side S2）朝向入射光方向。作二向色镜用时，混合光从镀膜面入射，反射光与透射光分别引出；作合束镜用时，高透光沿透射轴入射、高反光从侧面入射，两路光在出射侧合并。使用前须确认镀膜规格与实际工作波长对应。由于二向色膜的光谱特性与入射角密切相关，实际光路中应严格保持设计入射角（多为45°，部分型号为0°），角度偏离会导致过渡波长漂移，影响分离消光比或合束效率。紫外波段应用可选CaF₂基底，可见至近红外波段通常采用Corning 7980 2F（熔融石英）基底。多波长分离或合束可通过多片二向色镜级联实现。
3.应用场景
二向色镜常用于固体激光与光纤激光系统中基频光与倍频光的分离（如1030nm与515nm）、准分子激光系统中紫外谱线分离、飞秒OPO/OPA系统中泵浦光与信号光分离、荧光检测中激发光与发射光分离。合束镜常用于将可见指示光（如630-650nm红光）与不可见紫外/红外工作光合束以实现光路可视化对准、飞秒系统中泵浦光与种子光耦合、激光显示中红绿蓝多色合束、激光加工中多波长同轴加工。同一元件可根据需要在两种用途间切换。
4.Layertec二向色镜/合束镜产品规格表
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产品型号 |
基底材料 |
尺寸(直径×厚度) |
S2(45°) |
S1 |
备注 |
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124433 |
CaF₂ (VIS random) |
Ø25mm×6.35mm |
S2：HRs(195-205nm)>97%；Rp(260-840nm)<10% S2：HRs(195-205nm)>97%；Rp(260-840nm)<10% |
ARp(260nm)<0.25%；ARp(840nm)<0.25% |
深紫外/宽波段分离合束 |
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110743 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×6.35mm |
HRs(210-235nm)>90%；Rp(300-1000nm)<8% |
uncoated |
紫外/可见近红外分离合束 |
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104345 |
CaF₂ (VIS random) |
Ø25mm×3mm |
HRu(213nm)>95%；HTu(600-1000nm)=90% |
uncoated |
紫外/红光分离合束 |
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110744 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×6.35mm |
S2：HR(0°入射,220nm)~85%（unpol，非s偏振） |
uncoated |
0°入射设计 |
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106163 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×6.35mm |
HRs(230-330nm)~95%；Rp(380-800nm)<5% |
uncoated |
紫外/可见分离合束 |
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100764 |
Corning 7980 2F |
Ø25mm×6.35mm |
HRu(248nm)>98.5%；Ru(355nm)<10%；Ru(848nm)<10% |
S1：ARu(355+848nm)<0.6% |
准分子/倍频分离合束 |
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101994 |
Corning 7980 2F |
Ø12.7mm×6.35mm |
S2：0°入射；plano-concave（平凹透镜，r=300mm CC） |
AR(700-900nm)<0.25% |
0°入射，凹面飞秒用,GDD<20fs² |
注：s=S偏振，p=P偏振，unpol=非偏振；HR为高反膜，HT为高透膜，AR为增透膜，R为反射率；二向色镜与合束镜为同一产品，仅光路方向不同。
