分束器是可將一束光分成兩束光或多束光的光學裝置，它是大多數干涉儀的關鍵部分。通常是由金屬膜或介質膜構成。
基本介紹
- 中文名：分束器
- 外文名：Beam splitter
- 領域：光學
- 功能：將一束光分成兩束光或多束光
- 作用場合：干涉儀
- 相關名詞：無損分束器
簡介,分束器設計,相移,經典無損分束器,在實驗中的套用,量子計算套用,
簡介
分束器是可將一束光分成兩束光或多束光的光學裝置，它是大多數干涉儀的關鍵部分。通常是由金屬膜或介質膜構成。
分束器設計
最常見的形狀是立方體，由兩個三角形玻璃稜鏡製成，它們使用聚酯，環氧樹脂或聚氨酯類粘合劑在基體上膠合在一起。調整樹脂層的厚度，使得通過一個“連線埠”（即，立方體的面）入射的光的（一定波長）的一半被反射，另一半由於全部內反射而被繼續傳輸。 諸如沃拉斯頓稜鏡的偏振分束器使用雙折射材料，將光分成不同極化的光束。
另一種設計是使用半鍍銀鏡，一片玻璃或塑膠，透明薄的金屬塗層，現在通常由鋁蒸氣沉積鋁。 控制沉積物的厚度，使得以45度角入射並且不被塗層吸收的光的部分（通常為一半）被透射，其餘部分被反射。 用於攝影的非常薄的半鍍銀鏡子通常被稱為防護薄膜鏡。 為了減少由於反射塗層的吸收引起的光的損失，已經使用了所謂的“瑞士乾酪”分束鏡。 最初，這些是穿孔的高度拋光的金屬片，以獲得所需的反射與透射比。 之後，將金屬濺到玻璃上，形成不連續的塗層，或者通過化學或機械作用去除連續塗層的小區域以產生非常字面上的“半鍍銀”表面。
代替金屬塗層，可以使用二向色光學塗層。 根據其特性，反射與透射的比例將隨著入射光的波長的函式而變化。 分光鏡用於一些橢圓反射聚光燈，以分散不需要的紅外線（熱）輻射，以及雷射器結構中的輸出耦合器。
第三種分束器是二向色鏡像稜鏡組件，其使用二向色光學塗層將入射光束分成多個光譜不同的輸出光束。 這樣的設備被用於三皮管彩色電視攝像機和三色彩色印片法電影攝影機。 它目前用於現代三CCD相機。 光學相似的系統反向用作三LCD投影機中的光束組合器，其中來自三個單獨的單色LCD顯示器的光被組合成用於投影的單個全色圖像。
用於PON網路的單模光纖的分束器使用單模行為來分割光束。分離器通過將兩根光纖“拼接”為X。
用一個鏡頭和一個曝光點來拍攝立體影像對的鏡子或稜鏡的排列，有時被稱為“射束分離器”，但這是一個用詞不當的現象，因為它們實際上是一對潛望鏡，折射出的光線已經不是重合的了。在一些非常罕見的立體攝影附屬檔案、鏡子或稜鏡塊與束器執行相反的功能相似，疊加的主題從兩個不同角度視圖通過顏色過濾器允許直接生產浮雕的3 d圖像，或通過迅速交替百葉窗記錄順序欄位3D視頻。
相移
由一側的反射介質塗層的玻璃板組成的分束器，取決於入射側的相移為0或π（見圖）。發射波沒有相移。 從反射側進入的反射波（紅色）被相移π，而從玻璃側（藍色）進入的反射波沒有相移。 這是由於菲涅耳方程，根據該方程，只有當穿過低折射率材料的光以高折射率的材料反射時，反射才會產生相移。 這是在空氣向反射器過渡的情況，但不是從玻璃到反射器的過渡（考慮到反射器的折射率在玻璃和空氣的折射率之間）。
這不適用於導電（金屬）塗層的部分反射，其中所有路徑（反射和透射）都發生其他相移。
經典無損分束器
考慮一個經典的無損分束器，其電場在其兩個輸入處都有事件發生。 兩個輸出域Ec和Ed與輸入通過線性相關
其中2×2元素是分束器矩陣。 r和t是通過分束器的特定路徑的反射率和透射率，該路徑由下標表示。
假設分束器不從光束中去除能量，則總輸出能量可以等於總輸入能量的讀數
要求這種節能帶來反射率和透射率之間的關係
並且
其中“
”表示復共軛。我們可以將每個r和t寫成具有幅度和相位因子的複數；例如
。 相位因子考慮到在該表面反射或透射時，光束的相位可能發生偏移。 然後我們獲得
當
時，指數項減少到-1。 套用這種新條件和平方雙方，我們得到
其中替換形式
，這使得我們得到
它遵循
。
現在已經確定了描述無損分束器的約束，我們可以重寫我們的初始表達式
在實驗中的套用
（1）1851年的Fizeau實驗測量水中光的速度；
（2）1887年的麥可遜 - 莫利實驗測量（假設）發光的醚對光速的影響；
（3）1935年的哈馬爾實驗反駁了代頓米勒對重複麥可遜 - 莫利實驗的積極成果的主張；
（4）1932年的甘迺迪 - 索恩迪克實驗測試了光速和測量儀器速度的獨立性；
（5）貝爾測試實驗（從大約1972年）演示量子糾纏的後果，並排除局部隱性變數理論；
（6）惠勒的1978年，1984年等的延遲選擇實驗，以測試什麼使光子作為波；
（7）測試Penrose解釋的FELIX實驗（2000年提出）量子疊加取決於時空曲率；
（8）Mach-Zehnder干涉儀用於各種實驗，包括Elitzur-Vaidman炸彈測試儀，包括無相關測量;在其他方面在量子計算領域。
量子計算套用
2000年，Knill，Laflamme和Milburn（KLM協定）證明，可以用光束分離器，移相器，光電探測器和單光子源來創建通用量子計算機。 在該協定中形成量子位的狀態是兩種模式的一個光子狀態，即兩種模式的占空比表示（Fock狀態）中的狀態|01>和|10>。 使用這些資源，可以實現任何單個量子位門和2-量子位機率門。 光束分離器是該方案中的重要組成部分，因為它是唯一產生Fock狀態之間的分束器。
