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立方分光棱镜是一种将入射光分成两束（或多束）的光学元件，广泛应用于光谱分析、干涉测量、光学仪器等领域。其结构与原理如下：
一、结构
立方分光棱镜通常由两个直角棱镜胶合而成，具体结构如下：
材料选择：
一般选用光学玻璃（如BK7、熔石英）或晶体材料（如KTP、LiNbO₃），根据应用需求选择透光范围和折射率。
镀膜处理：
在其中一个直角棱镜的斜面（即胶合面）上镀制分光膜。膜层材料通常为多层介质膜（如TiO₂/SiO₂），通过干涉效应实现特定波长的分光。
胶合工艺：
两个棱镜的斜面精密胶合，形成立方体结构。胶合面需保证平行度与光学接触质量，以减少杂散光。
入射与出射面：
光从立方体的一个直角面入射，经分光膜反射和透射后，分别从另外两个直角面出射。
二、原理
立方分光棱镜的核心原理是光的反射与透射，具体机制如下：
分光膜的作用：
分光膜对入射光具有波长选择性。当光束以特定角度（如45°）入射时，膜层通过干涉效应将光分为两部分：
反射光：满足布儒斯特角条件的光被反射，形成S偏振光（或特定波长光）。
透射光：未满足反射条件的光透过膜层，形成P偏振光（或其余波长光）。
偏振态与波长依赖：
若分光膜设计为偏振分光，则反射光与透射光分别为S偏振和P偏振。
若设计为波长分光，则反射光与透射光对应不同波长范围（如可见光与红外光）。
光路分离：
反射光与透射光在立方体内部以不同路径传播，最终从相邻的直角面出射，实现空间分离。
三、关键参数
分光比：反射光与透射光的光强比例（如50:50、70:30），由膜层设计决定。
消光比：偏振分光时，S偏振与P偏振的透射率比值，反映偏振纯度。
损伤阈值：膜层能承受的最大光功率密度，影响高功率应用。
角度容差：入射光角度偏离设计值时的性能变化，影响系统稳定性。
四、应用示例
光谱分析：将宽谱光分为不同波长范围，用于光谱仪。
干涉测量：生成参考光与测量光，用于干涉仪。
光学隔离器：结合偏振片，实现光路单向传输。
激光系统：分离泵浦光与信号光，或实现偏振控制。
五、优势与局限
优势：
结构紧凑，易于集成。
分光比与偏振态可灵活设计。
抗损伤能力优于平板分束器。
局限：
波长范围受限于膜层材料。
大角度入射时可能引入像差。
胶合面需高精度加工，成本较高。
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