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分束,是很多光路的第一步,也常是容易被低估的一步。非偏振分束立方体将“偏振”从分光变量中剥离,让每一束光都获得稳定、确定的能量分配。
一、应用背景
在干涉测量、激光监测、荧光成像与量子光学等大量光路系统中,“一分为二”是*基础也*关键的操作:一路进探测器,一路做参考;一路测量,一路监控。
分束看似简单,但对偏振敏感的光路而言,它可能成为系统稳定性的短板:输入光的偏振态一旦改变——如激光器输出偏振波动、光纤出射光偏振随机、样品散射光偏振变化——偏振敏感分束镜的分光比就会随之漂移,进而导致干涉条纹对比度下降、测量重复性变差。
不过,现有分束方案并非在所有光路中都适用:
偏振分束立方体(PBS)按正交偏振分量分离光束(s光反射、p光透射),其两路输出能量比完全由入射光的偏振组成决定;一旦偏振态随机变化或发生漂移,两路能量分配就会随之改变,无法提供稳定的分光比。
平板分束镜则存在背面反射产生的鬼像,且透射与反射两路光程不一致,在干涉类应用中需要额外补偿。
面向偏振敏感光路,BS系列非偏振分束立方体提供了一种偏振无关的分束方案。
二、偏振无关分光的优势与原理
BS系列非偏振分束立方体的核心:在标称工作波段和设计入射角内,将偏振从分光变量中剥离。无论入射光偏振态是否稳定、是否完全偏振,分光比均保持稳定。BS系列将偏振无关分光+立方体等光程集成于单一元件,其优点在于:
分光更稳定:分光比对偏振态不敏感,系统重复性有保障。
光路更简洁:立方体结构无平板式背面鬼像,透射与反射等光程,干涉应用无需额外补偿。
技术原理
当光束倾斜入射到镀膜表面时,光学薄膜对p光与s光的有效折射率不同,反射率也随之不同。对偏振敏感的分束膜而言,入射光偏振态的变化会直接导致反射/透射比例波动——这正是分光比漂移的根源。

图:p/s 光在镀膜表面的反射差异示意
非偏振分束立方体如何做到与偏振无关?
BS系列采用金属-介质混合膜设计,在目标波段内对p光与s光的反射率差异进行平衡与压平,使分光比在任意偏振态下均保持稳定。
立方体结构带来两个额外优势:
等光程:两个直角棱镜在斜边面处胶合,透射光束与反射光束在立方体内的几何路径相等、材料相同,因此两路光在立方体内的光程相等(等光程),不会由分束元件引入附加光程差,适合干涉类应用。
无鬼像:出射两束光相互垂直、位置确定,不存在平板分束镜因前后表面平行而产生的背面反射鬼像
| 分光比(R:T) | 型号 | 尺寸 | 工作波长 | 表面平整度(@633 nm) |
| 10:90 | BS20-1090-A | 20.0mm | 400–700nm | / |
| BS12.7-1090-B | 12.7mm | 700–1100nm | / | |
| BS12.7-1090-C | 12.7mm | 1100–1600nm | / | |
| 30:70 | BS12.7-3070-B | 12.7mm | 700–1100nm | λ/6 |
| BS25.4-3070-B | 25.4mm | 700–1100nm | λ/6 | |
| BS12.7-3070-C | 12.7mm | 1100–1600nm | λ/6 | |
| BS20-3070-C | 20.0mm | 1100–1600nm | λ/6 | |
| 50:50 | BS12.7-5050-A | 12.7mm | 400–700nm | λ/10 |
| BS12.7-5050-B | 12.7mm | 700–1100nm | λ/10 | |
| BS20-5050-B | 20.0mm | 700–1100nm | λ/10 | |
| BS25.4-5050-B | 25.4mm | 700–1100nm | λ/10 | |
| BS12.7-5050-C | 12.7mm | 1100–1650nm | λ/10 | |
| BS25.4-5050-C | 25.4mm | 1100–1650nm | λ/10 | |
| 70:30 | BS25.4-7030-A | 25.4mm | 400–700nm | λ/6 |
| BS12.7-7030-B | 12.7mm | 700–1100nm | λ/6 | |
| BS25.4-7030-C | 25.4mm | 1100–1600nm | λ/6 | |
| 90:10 | BS12.7-9010-B | 12.7mm | 700–1100nm | λ/6 |
| BS12.7-9010-C | 12.7mm | 1100–1600nm | λ/6 | |
| BS20-9010-C | 20.0mm | 1100–1600nm | λ/6 |
四、应用领域与场景
BS系列非偏振分束立方体广泛适用于干涉测量与精密计量、激光功率监测与光路监控、荧光成像与显微系统、量子光学实验、光谱分析以及激光加工在线监测等光路。
随机偏振光源的分束。光纤出射光、部分激光器的输出光偏振态并不稳定,使用偏振敏感分束器时分光比会随偏振漂移;BS系列将分光比从偏振态中解耦,监测与测量结果更可靠。
干涉系统里的等光程分束。透射与反射两路光在立方体内光程相等、同时到达输出面,且无背面鬼像,省去光程补偿环节,干涉条纹对比度更有保障。
主路输出+弱路监测。利用10:90、30:70等非对称分光比,让大部分能量直行进入主光路,小部分反射用于功率监测或波长采样;镀膜吸收损耗低,分束对主路能量影响小。
偏振敏感探测光路。荧光成像、偏振成像等需要保留光束偏振信息的系统,使用偏振无关(非偏振)分束元件,可使分光能量比不随入射偏振态变化,保证两路能量分配稳定。需说明的是,'非偏振'指的是强度分配上的偏振无关,并不等同于偏振态本身完全不变——反射/透射仍会引入一定相位延迟;若系统对偏振态保持有严格要求,应进一步确认元件的相位延迟(retardance)指标。
BS系列非偏振分束立方体现已上线卓立商城,产品提供五种分光比、三个波段、三种尺寸,如需了解更多或选型指导,欢迎咨询。
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