ビームスプリッターガイド
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ビームスプリッタの概要
ビームスプリッタは、入射光を波長が同じ2つもしくはそれ以上の光に分割する光学素子です。出射光は、光パワー(偏光無依存型の場合)または偏光状態(偏光分離型の場合)に基づいて分離されます。偏光無依存ビームスプリッタの仕様は分岐比、すなわち反射光のパワーと透過光のパワーの比で規定されます。一方、偏光ビームスプリッタの仕様は消光比、すなわち透過光におけるP偏光とS偏光の比で規定されます。
多くのビームスプリッタは、プレート型ビームスプリッタとキューブ型ビームスプリッタに分類されます。その他には、ペリクルビームスプリッタ、結晶ビームスプリッタ、ブリュースターウィンドウ、くさび形プレートなどがあります。以下ではそれぞれの特徴や長所について説明しています。仕様の比較については「BSセレクションガイド」タブをご覧ください。
ビームスプリッタから出射する光の波長は入射光と同じです。これが入射光を2つの波長帯で分岐するダイクロイックミラー、ホットミラーやコールドミラーとの違いです。
プレート型ビームスプリッタ
プレート型スプリッタは、比較的軽量で設置面積も小さいので、スペースが限られているセットアップに有益です。通常、45°の入射角になるよう光路中に置かれます。プレートは、光の一部分を反射し、残りを透過する薄膜でコーティングされています。透過光は、屈折により入射ビームからオフセットします。プレート型ビームスプリッタの背面では、ゴースト反射あるいはゴーストと呼ばれる2回目の反射が発生します。ゴーストを低減するために、当社のプレート型ビームスプリッタの背面には、反射防止(AR)コーティングまたは30 arcminウェッジ、あるいはそれらを組み合わせて施している場合があります。
高感度の用途においては、反射光を補償板に通し、透過光の光路長と一致させる必要がある場合があります。補償板はビームスプリッタと同じ材質と厚さのウィンドウで、ビームスプリッタを透過したときに生じた光路差を補償します。
プレート型ビームスプリッタの特長
Beamsplitters | Polarization | Available Wedged | Backside AR Coating | AOI | Bandwidth | Mounted | Applications and Features | Diagram (Click to Enlarge) |
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Economy Beamsplitters | Non-Polarizing | No | No | 45° | Broadband | Unmounted | Preliminary Set-Ups; Single-Use Applications | |
Standard Non-Polarizing Plate Beamsplitters | Yesa | Most | 45° | Broadband | Unmounted | Low Aberrations Compared to Cubes | ||
Polka Dot Beamsplitter | No | No | 0 - 45° | Broadband | Unmounted | Splitting without Polarization Artifacts; Controlling Lamp Intensity | ||
Ultrafast Beamsplitters with Low Dispersion | Non-Polarizingb | No | Yes | 45° | Broadband | Unmounted | Ultrafast Laser Experiments | |
Standard Polarizing Plate Beamsplitters | Polarizing | Yesa | No | 45° | Narrowband | Unmounted | Small Footprint and Low Weight Compared to Cubes |
キューブ型ビームスプリッタ
キューブ型ビームスプリッタは、プレート型やペリクル型のビームスプリッタと比べて機械的に堅牢なビームスプリッタです。2つの直角プリズムの斜面を接合して作られており、その境界面の薄膜コーティングにより光が分岐されます。2つのプリズムは接着剤またはオプティカルコンタクトによって接合されています。オプティカルコンタクトは2つのガラス面を接合する高度な方法ですが、レーザの損傷閾値を制限する要因となる接着剤を使用しません。
これらのキューブは、通常は光路中に入射角0°で配置するため、1つの出射光は光軸上にとどまり、もう1つの出射光は90°偏向します。入射角が0°であることの利点の1つは、透過光の屈折によるオフセットが最小に抑えられることです。このことと入出射面でのARコーティングによりゴーストが低減されます。一方で、キューブには厚みがあるため、プレート型やペリクル型のビームスプリッタと比較すると光路長が長くなり、群遅延分散(GDD)が大きくなります。またビームスプリッターキューブを取り付けるにはプレート型よりも大きなスペースが必要なため、それがスペースの限られたセットアップでは欠点になることもあります。キューブの取付け方については、「BSキューブの取付け」タブをご覧ください。
キューブ型ビームスプリッタの特長
Beamsplitters | Polarization | Cemented | AR Coating | AOI | Bandwidth | Mounted | Applications and Features | Diagram (Click to Enlarge) |
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Standard Non-Polarizing Beamsplitter Cubes | Non-Polarizing | Yes | Yes | 0° | Broadband | Mounted and Unmounted | Low Influence from Mechanical Stress Compared to Plate Beamsplitters | |
Wire Grid Beamsplitters (Mounted and Unmounted) | Polarizing | Yes | Yes | 0° - 25° | Broadband | Mounted and Unmounted | High Imaging Contrast; Wide Acceptance Angle | |
Standard Polarizing Beamsplitter Cubes | Yes | Yes | 0° | Broadband | Mounted and Unmounted | Transmits P-Polarized Light with Extinction Ratio TP:TS > 1000:1 | ||
Laser Line Beamsplitter Cubes (Mounted and Unmounted) | Yes | Yes | 0° | Narrowband | Mounted and Unmounted | Beam Sampling | ||
High-Power, Laser Line Beamsplitter Cubes | No | Yes | 0° | Narrowband | Mounted and Unmounted | High-Power Durability | ||
Variable Beamsplitter | Yes | Yes | 0° | Narrowband or Broadband | Mounted | Beam Polarization Analysis | ||
Circular Polarizing Beamsplitter Cubes | Yes | Yes | 0° | Narrowband or Broadband | Mounted | Generate Circularly, Elliptically, or Linearly Polarized Light |
ペリクルビームスプリッタ
ペリクルビームスプリッタは、金属筐体内に張力をかけて取付けられたニトロセルロース膜で構成されています。膜の厚さがわずか数µmのため、2つ目の面での反射光が1つ目の反射光に重畳し、ゴーストが効果的に除去されます。ペリクルビームスプリッタでは色分散や色収差が最小に抑えられるため、ビームを集光する用途に適しています。
最も軽量なビームスプリッタですが、薄膜は非常に繊細で可燃性があります。この光学素子は慎重に取り扱う必要があり、また低光パワーに対してのみご使用ください。また、薄膜干渉により出射光パワーが波長に対して正弦波的に変化するため、ペリクルビームスプリッタは実験条件に合わせて慎重に選択する必要があります。干渉の影響については、ペリクルビームスプリッタの製品紹介ページをご覧ください。
ペリクルビームスプリッタの特長
Beamsplitters | Polarization | Cemented | AR Coating | AOI | Bandwidth | Mounted | Applications and Features | Diagram (Click to Enlarge) |
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Pellicle Beamsplitters | Non-Polarizing | No | No | 45° | Broadband | Mounted and Unmounted | Minimizes Chromatic Dispersion; Eliminates Ghosting; Low Power Applications |
結晶ビームスプリッタ
方解石、フッ化マグネシウム(MgF2)、石英、α-BBO, and YVO4などの結晶では、光と結晶の光軸との相互作用により、透過光と反射光に偏光を生じさせることができます。結晶ビームスプリッタの主な利点は、プレート型やキューブ型の偏光ビームスプリッタに比べてレーザに対する損傷閾値や消光比が比較的高いことであり、そのため偏光レーザ光源用などに適しています。これらのビームスプリッタはバルク単結晶の場合と、接着剤またはオプティカルコンタクトで複数の結晶が接合されている場合があります。結晶の温度を変える時は、熱衝撃を与えて割れや破損につながる場合があるので注意が必要です。
当社の結晶ビームスプリッタでは、それぞれの波長範囲において100 000:1の優れた消光比が得られます。α-BBOビームスプリッタはUV域、方解石は可視(VIS)~近赤外(NIR)域、YVO4は近赤外(NIR)~中赤外(MIR)域に適しています。
結晶ビームスプリッタの特長
Beamsplitters | Polarization | Cemented | AR Coating | AOI | Bandwidth | Mounted | Applications and Features | Diagram (Click to Enlarge) |
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Calcite Beam Displacers | Polarizing | No | No | 0° | Broadband | Unmounted | Parallel Exit Beams; Orthogonally Polarized Outputs; High Extinction Ratio in Both Beams | |
Yttrium Orthovanadate Beam Displacers | Yes | Mounted and Unmounted | ||||||
Wollaston Prisms | Mosta | Yes | 0° | Broadband | Mounted and Unmounted | Non-Orthogonal Beam Exit Angles, Symmetric Around Entrance Beam; Orthogonally Polarized Outputs; High Extinction Ratio in Both Beams | ||
Rochon Prisms | No | No | 0° | Broadband | Mounted | Non-Orthogonal Beam Exit Angles; Orthogonally Polarized Outputs; High Extinction Ratio in Both Beams; Ordinary Ray is Not Deflected | ||
Glan-Taylor Polarizers | No | Yes | 0° | Broadband | Mounted | Low Scatter; Air-Spaced Birefringent Crystal Prisms | ||
Glan-Laser Polarizers (α-BBO and Calcite) | No | Yes | 0° | Broadband | Mounted | Specialized Glan-Taylor Polarizer Designed for High-Power Applications | ||
Double Glan-Taylor Polarizers | No | No | 0° | Broadband | Mounted | Ideal for High-Quality Polarization with Extinction Ratios Greater than 100 000:1 in the 0.35 - 2.3 µm Wavelength Range | ||
Glan-Thompson Polarizers (Mounted and Unmounted) | Yes | Yes | 0° | Broadband | Mounted and Unmounted | Offers the Wide Field of View of Calcite Polarizers While Maintaining a High Extinction Ratio |
ブリュースターウィンドウ
ブリュースターウィンドウはコーティング無しの基板(UV溶融石英)で、ブリュースタ角で配置したとき、その光軸に対するプロファイルは円形になります。ブリュースタ角では、入射光のP偏光成分は反射損失無しで透過しますが、S偏光成分は部分的に反射します。ブリュースターウィンドウは重ねて配置して偏光子として使用したり、ビームの偏光比の向上に使用したりできます。
ブリュースターウィンドウの特長
Beamsplitters | Polarization | Cemented | AR Coating | AOI | Bandwidth | Mounted | Applications and Features | Diagram (Click to Enlarge) |
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Brewster Windows | Polarizing | No | No | 55° 32' @ 633 nm | Broadband | Unmounted | Improving Polarization Ratio |
くさび形ビームスプリッタ
くさび形ビームスプリッタは反射の繰り返しと屈折によって、1つの入射光を同様の性質を持った複数の光に分離します。入射光は徐々に減衰しながら、様々な出射角を有する多数の複製された出射光を生成します。それらの出射光の偏向角は簡単に計算できます。詳細はこちらをご覧ください。
くさび形ビームスプリッタの特長
Beamsplitters | Polarization | Cemented | AR Coating | AOI | Bandwidth | Mounted | Applications and Features | Diagram (Click to Enlarge) |
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Wedged Plate Beamsplitter | Non-Polarizing | No | No | Variable | Broadband | Unmounted | Duplicating a Source Beam |
ビームスプリッタのセレクションガイド
当社ではビームを強度比や偏光に基づいて分岐する、様々なタイプのビームスプリッタを豊富に取り揃えています。プレート型やキューブ型のビームスプリッタのほか、形状の異なるペリクルや複屈折性結晶を用いた製品もございます。それぞれの概要や特徴・用途の比較についてはこちらの概要タブをご覧ください。ビームスプリッタの多くはマウント付きまたはマウント無しでご提供しています。以下では、当社のビームスプリッタの全製品を一覧できます。各種類のMore [+]をクリックすると、ビームスプリッタの種類、波長域、分岐比/消光比、透過率、サイズなどの詳細をご覧いただけます。
プレート型ビームスプリッタ
偏光無依存ビームスプリッタ、プレート型 |
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偏光ビームスプリッタ、プレート型 |
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キューブ型ビームスプリッタ
偏光無依存ビームスプリッタ、キューブ型 |
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偏光キューブおよび多面体ビームスプリッタ |
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Type | Wavelength Range | Extinction Ratio (TP:TS) | Typical Transmission | AR Coated Faces | Cemented | Available Cube/ Polyhedron Side Length |
Standard: Unmounted 16 mm Cage Cube 30 mm Cage Cube | 420 - 680 nm | >1000:1 | Yes | Yes | Unmounted: 5 mm, 10 mm, 1/2", 20 mm, 1", and 2" Mounted: 20 mm in a 16 mm Cage Cube, 1" in a 30 mm Cage Cube | |
620 - 1000 nm | ||||||
700 - 1300 nm | ||||||
900 - 1300 nm | ||||||
1200 - 1600 nm | ||||||
Wire Grid: Unmounted 30 mm Cage Cube | 400 - 700 nm | >1000:1 (AOI: 0° - 5°) >100:1 (AOI: 0° - 25°) | P-Pol. S-Pol. | Yes | Yes | Unmounted: 1" Mounted: 20 mm in a 16 mm Cage Cube, 1" in a 30 mm Cage Cube |
High-Power Laser Line: Unmounted 30 mm Cage Cube | 355 nm | >2000:1 | No | Unmounted: 1/2" and 1" Mounted: 1" in a 30 mm Cage Cube | ||
405 nm | ||||||
532 nm | ||||||
633 nm | ||||||
780 - 808 nm | ||||||
1064 nm | ||||||
Laser Line: Unmounted 30 mm Cage Cube | 532 nm | >3000:1 | Yes | Yes | Unmounted: 10 mm, 1/2", and 1" Mounted: 1" in a 30 mm Cage Cube | |
633 nm | ||||||
780 nm | ||||||
980 nm | ||||||
1064 nm | ||||||
1550 nm | ||||||
High-Power, Broadband, High Extinction Ratio Polarizers | 700 - 1100 nm | >1000:1 (700 - 1100 nm) >5000:1 (750 - 1000 nm) >10 000:1 (800 - 900 nm) | Yes | No | 12.7 mm (Input/Output Face, Square) | |
900 - 1300 nm | >1000:1 (900 - 1300 nm) >10 000:1 (900 - 1250 nm) >100 000:1 (980 - 1080 nm) | 10.0 mm and 5.0 mm (Input/Output Face, Square) | ||||
Laser-Line Variable | 532 nm | Not Specified | No Graph Available | Yes | Yes | Assembly Mounted in a 30 mm Cage Cube |
633 nm | ||||||
780 nm | ||||||
1064 nm | ||||||
1550 nm | ||||||
Broadband Variable | 420 - 680 nm | Not Specified | No Graph Available | Yes | Yes | Assembly Mounted in a 30 mm Cage Cube |
690 - 1000 nm | ||||||
900 - 1200 nm | ||||||
1200 - 1600 nm | ||||||
Circular Polarizer/Beamsplitter | 532 nm | Not Specified | No Graph Available | Yes | Yes | Assembly Mounted in a 30 mm Cage Cube |
633 nm | ||||||
780 nm | ||||||
1064 nm | ||||||
1550 nm |
ペリクルビームスプリッタ
偏光無依存ビームスプリッタ、ペリクル型 |
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結晶ビームスプリッタ
偏光ビームスプリッタ、結晶型 |
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その他
その他のビームスプリッタ |
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当社のビームスプリッターキューブ用に、様々なマウントをご提供しています。下記のマウントを使用してキューブをポストに取り付けたり、16 mmまたは30 mmケージシステムに組み込んだりすることができます。ポスト取付け用のマウントは、M4タップ穴付きØ12 mm~Ø12.7 mm(Ø1/2インチ)ポストまたはØ25 mm~Ø25.4 mm(Ø1インチ)ポストに取り付け可能です。
Post-Mountable Mounts for Beamsplitter Cubes | ||||||||
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Click Photo to Enlarge (Cubes Not Included) | ||||||||
Item # | PCM(/M) | BSH10(/M) BSH05(/M) BSH20(/M) BSH1(/M) BSH2(/M) | FBTB(/M) | KM100PM(/M) | KM200PM(/M) | KM100B(/M) | KM200B(/M) | K6XS |
Required Accessories | Base: PCMP(/M) | - | - | Clamp: PM3(/M) or PM4(/M) | Clamp: PM3(/M) or PM4(/M) | Clamp: PM3(/M) or PM4(/M) | Clamp: PM3(/M) or PM4(/M) | Adapter: K6A1(/M) |
Mounting Options | Ø1/2" Posts | Ø1/2" Postsa,b | Ø1/2" Posts | Ø1/2" Posts | Ø1/2" Posts | Ø1/2" Posts | Ø1/2" Posts | Ø1/2" Posts |
Features | Compact | Compact | Glue-In Mount with Precision Tip, Tilt, and Rotation | Tip and Rotation | Tip and Rotation | Kinematic Mount | Kinematic Mount | 6-Axis Mount |
Compatible Beamsplitter Cube Size(s) | Up to 20 mm | 10 mm, 1/2", 20 mm, 1", 2" | 5 mm | Up to 20 mmc Up to 1" d | Up to 20 mmc Up to 1" d Up to 2" e | Up to 20 mmc Up to 1" d | Up to 20 mmc Up to 1" d Up to 2" e | 5 mm 10 mm 1/2" |
Cage System Mounts for Beamsplitter Cubes | |||||||||
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Click Photo to Enlarge (Cubes Not Included) | |||||||||
Item # | Cage Cube: SC6W | ARV1 | CRM1(/M) or CRM1P(/M) | Cage Cube: C4W or C6W a | CCM1-4ER(/M) | CCM1-A4ER(/M) | CCM1-B4ER(/M) | CCM1-C4ER(/M) | |
Required Accessories | Clamp: SB6C, Platform: SPM2 | - | Adapter: K6A1(/M) | Clamp: B6C, Platform: B3C(/M) or B4C(/M) | Clamp: B6C, Platform: B3CR(/M) or B4CRP(/M) | - | - | - | - |
Mounting Options | 16 mm Cage Systems | 30 mm Cage Systems | 30 mm Cage Systems or Ø1/2" Posts | 30 mm Cage Systems | 30 mm Cage Systems or Ø1/2" Posts | ||||
Features | Compact | Compact | Rotation Mount | Fixed or Kinematic Platforms | Rotation Platforms | - | One Rotation Mount | Two Rotation Mounts @ 180° | Two Rotation Mounts @ 90° |
Compatible Beamsplitter Cube Size(s) | 10 mm | 5 mm 10 mm | 5 mm 10 mm 1/2" | 1/2" 20 mm 1" | 5 mm (with BS5CAM Adapter) 10 mm (with BS10CAM Adapter) 1/2" (with BS127CAM Adapter) 20 mm (with BS20CAM Adapter) 1" (Directly Compatible) |
当社で行った特性確認実験: ビームスプリッタの種類に基づく比較
当社のプレート型、キューブ型、ペリクル型のビームスプリッタでの偏光角度、分岐比、出力パワーの総計を比較しました。 無偏光型のビームスプリッタについてはそれぞれ似たような機能を有していますが、詳細な機能についてはビームスプリッタの種類によって異なります。 ビームスプリッタには、種類によってそれぞれ長所と短所があります。 変動に敏感な実験においては、適切なビームスプリッタの選択が重要となります。 ここでは、3種類の一般的な無偏光のビームスプリッタを詳しく分析して、光学的パラメータを比較しました。
この実験では、光源として安定化HeNeレーザHRS015 を使いました。 レーザ光の偏光軸を45°とするために、直線偏光子を使用し、S偏光とP偏光が等しくビームスプリッタに入射するようにしました。 次に実験対象のビームスプリッタが光路中に配置され、分岐後のビーム光が適切なディテクタに送出されるようにセットしました。 このセットアップで、光学素子を出力する総光パワーの値、偏光状態、分岐比や入射角による影響に関する実験検証を行いました。
下記のプロット図は、3種類のビームスプリッタで得られた測定値を図示しています。 これらのグラフによって各光学素子の性能が簡単に比較できます。 左下のプロット図は、各光学素子の出力光パワーの総計を示しています。 この測定結果は、入射光のパワーに対する出力光パワーの総計の変化を示しています。 この結果をみると、プレート型とペリクル型のビームスプリッタの性能は類似していますが、キューブ型では内部で光が吸収されている可能性が推測されます。 さらにこのプロット図は、出力光パワーの総計と入射角の間に相関関係がないことを示唆しています。 下の中央にあるグラフでは、各光学素子での出射偏光状態を比較しています。 キューブ型では、反射光と透過光で同様の偏光角になっており、一方でプレート型では、偏光角の差異が最も大きくなっています。 右下のプロット図は、実験で得られた分岐比の結果をまとめており、各ビームスプリッタの種類ごとに、入射パワーの変化に対する分岐比の結果を示していま す。 この結果から、50/50のパワーの分岐においては、プレート型ビームスプリッタが最も理想値に近い数値を示しています。 この実験に使用された装置や実験結果のまとめはこちらをクリックしていただくとご参照いただけます。.
Posted Comments: | |
user
 (posted 2023-11-08 11:09:05.277) Regarding the change in polarization angle between reflected and transmitted beams, do all of your cube and plate beamsplitters behave similarly to the BSW10 tested in the lab facts slides?
i.e. with an IR beamsplitter such as BSW42, do you see the same behaviour where the cube BS preserves polarisation angle and the plate BS does not?
Thanks cdolbashian
 (posted 2023-11-17 11:24:39.0) Thank you for reaching out to us with this inquiry. It is very likely you would see the same effect. Reflections from non-normal incidence of dielectric stacks tend to produce this effect. Following the trends we show here, you should be able to pick a style of polarizer which is best for your application. bruce harrison
 (posted 2019-04-04 21:27:10.27) How about how beamsplitters are used as beam combiners? How does the side 2 coating come into play with the different types of splitters? How well can they combine two beams of the same wavelength and then two beams of different wavelength? YLohia
 (posted 2019-04-05 04:59:46.0) Hello, thank you for your valuable feedback. We have added this to our list of tasks and intend to have this information available on our website as a future Lab Fact or just a general guide on the relevant beamsplitter pages. |