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立方分光棱鏡是一種將入射光分成兩束（或多束）的光學(xué)元件，廣泛應(yīng)用于光譜分析、干涉測(cè)量、光學(xué)儀器等領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)與原理如下：
一、結(jié)構(gòu)
立方分光棱鏡通常由兩個(gè)直角棱鏡膠合而成，具體結(jié)構(gòu)如下：
材料選擇：
一般選用光學(xué)玻璃（如BK7、熔石英）或晶體材料（如KTP、LiNbO?），根據(jù)應(yīng)用需求選擇透光范圍和折射率。
鍍膜處理：
在其中一個(gè)直角棱鏡的斜面（即膠合面）上鍍制分光膜。膜層材料通常為多層介質(zhì)膜（如TiO?/SiO?），通過干涉效應(yīng)實(shí)現(xiàn)特定波長(zhǎng)的分光。
膠合工藝：
兩個(gè)棱鏡的斜面精密膠合，形成立方體結(jié)構(gòu)。膠合面需保證平行度與光學(xué)接觸質(zhì)量，以減少雜散光。
入射與出射面：
光從立方體的一個(gè)直角面入射，經(jīng)分光膜反射和透射后，分別從另外兩個(gè)直角面出射。
二、原理
立方分光棱鏡的核心原理是光的反射與透射，具體機(jī)制如下：
分光膜的作用：
分光膜對(duì)入射光具有波長(zhǎng)選擇性。當(dāng)光束以特定角度（如45°）入射時(shí)，膜層通過干涉效應(yīng)將光分為兩部分：
反射光：滿足布儒斯特角條件的光被反射，形成S偏振光（或特定波長(zhǎng)光）。
透射光：未滿足反射條件的光透過膜層，形成P偏振光（或其余波長(zhǎng)光）。
偏振態(tài)與波長(zhǎng)依賴：
若分光膜設(shè)計(jì)為偏振分光，則反射光與透射光分別為S偏振和P偏振。
若設(shè)計(jì)為波長(zhǎng)分光，則反射光與透射光對(duì)應(yīng)不同波長(zhǎng)范圍（如可見光與紅外光）。
光路分離：
反射光與透射光在立方體內(nèi)部以不同路徑傳播，最終從相鄰的直角面出射，實(shí)現(xiàn)空間分離。
三、關(guān)鍵參數(shù)
分光比：反射光與透射光的光強(qiáng)比例（如50:50、70:30），由膜層設(shè)計(jì)決定。
消光比：偏振分光時(shí)，S偏振與P偏振的透射率比值，反映偏振純度。
損傷閾值：膜層能承受的最大光功率密度，影響高功率應(yīng)用。
角度容差：入射光角度偏離設(shè)計(jì)值時(shí)的性能變化，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。
四、應(yīng)用示例
光譜分析：將寬譜光分為不同波長(zhǎng)范圍，用于光譜儀。
干涉測(cè)量：生成參考光與測(cè)量光，用于干涉儀。
光學(xué)隔離器：結(jié)合偏振片，實(shí)現(xiàn)光路單向傳輸。
激光系統(tǒng)：分離泵浦光與信號(hào)光，或?qū)崿F(xiàn)偏振控制。
五、優(yōu)勢(shì)與局限
優(yōu)勢(shì)：
結(jié)構(gòu)緊湊，易于集成。
分光比與偏振態(tài)可靈活設(shè)計(jì)。
抗損傷能力優(yōu)于平板分束器。
局限：
波長(zhǎng)范圍受限于膜層材料。
大角度入射時(shí)可能引入像差。
膠合面需高精度加工，成本較高。
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