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Was sind Strahlteiler?
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Was sind Strahlteiler?

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Aufbau von Strahlteilern | Strahlteiler-Typen

Strahlteiler sind optische Komponenten, die verwendet werden, um einfallendes Licht in einem bestimmten Verhältnis in zwei separate Strahlen aufzuteilen. Zusätzlich können Strahlteiler auch in umgekehrter Form verwendet werden, um zwei verschiedene Strahlen in einem Strahl zu kombinieren. Strahlteiler werden häufig aufgrund der Bauform unterschieden: Würfel oder Platte (Tabelle 1).

Tabelle 1: Vergleich von Strahlteilerwürfeln und –platten
StrahlteilerwürfelStrahlteilerplatten
Cube Beamsplitter
Abbildung 1: Strahlteilerwürfel
Plate Beamsplitter
Abbildung 2: Strahlteilerplatten

Strahlteilerwürfel sind aus zwei rechtwinkligen Prismen zusammengesetzt (Abbildung 1). Die Hypotenuse des einen Prismas ist beschichtet und die zwei Prismen sind so zusammengeklebt, dass sie einen Würfel bilden. Um eine Beschädigung des Klebers zu vermeiden, wird empfohlen das Licht durch das beschichtete Prisma laufen zu lassen. Dieses Prisma ist oft mit einer Markierung versehen.

Strahlteilerplatten bestehen aus einer dünnen, flachen Glasplatte, die auf der Oberseite beschichtet ist (Abbildung 2). Die meisten Strahlteiler besitzen eine Antireflexionsbeschichtung auf der zweiten Seite, um ungewünschte Fresnel-Reflexionen zu beseitigen. Strahlteilerplatten sind meistens für einen Einfallswinkel von 45° ausgelegt. Für Substrate mit einem Brechungsindex von 1,5 und einem Einfallswinkel von 45°, kann der Strahlversatz (d) näherungsweise über die Formel in Abbildung 2 berechnet werden.

Tabelle 2: Aufbau von Strahlteilern
 VorteileNachteile
Strahlteilerwürfel
  • Einfache Integration mit 0° Einfallswinkel
  • Kein Strahlversatz
  • Reflektierter und transmittierter optischer Weg haben die gleiche Länge
  • Verkürzt die optische Weglänge eines Systems
  • Schwere, stabile
  • Herstellung großer Stückzahlen ist schwieriger und teurer
Strahlteilerplatten
  • Leicht
  • Kostengünstig
  • Einfache Herstellung großer Strahlteiler
  • Reflektierter und transmittierter optischer Weg haben verschiedene Längen
  • Strahlversatz des transmittierten Lichts (siehe Abbildung 2)
  • 45° Einfallswinkel erfordert evtl. zusätzliche Zeit für die Ausrichtung
Cube Beamsplitter Setup

Strahlteiler-Typen

Standardstrahlteiler werden meist mit unpolarisierten Lichtquellen wie natürlichem oder polychromatischem Licht eingesetzt und häufig für Anwendungen verwendet, in denen der Polarisationszustand keine Rolle spielt. Sie wurden so entwickelt, dass sie unpolarisiertes Licht in einem bestimmten Reflexions-/Transmissionsverhältnis (R/T) aufteilen, ohne bestimmte Polarisationen zu berücksichtigen

Polarisierende Strahlteiler teilen Licht in einen reflektierten s-polarisierten und einen transmittierten p-polarisierten Strahl auf. Sie können eingesetzt werden, um unpolarisiertes Licht in einem 50/50 Verhältnis aufzuteilen oder zur Aufteilung der Polarisationszustände z. B. in einem optischen Isolator (Abbildung 3).

Polarizing Beamsplitter
Abbildung 3: Polarisierende Strahlteiler

Nicht polarisierende Strahlteiler teilen Licht in einem bestimmten R/T-Verhältnis und behalten dabei den ursprünglichen Polarisationszustand des einfallenden Lichts bei. Im Fall eines 50/50 nicht polarisierenden Strahlteilers wird der Strahl bei gleichbleibendem P- und S-Polarisationszustand im entsprechenden Strahlteilerverhältnis in einen transmittierten und einen reflektierten Strahl aufgeteilt. Diese Strahlteiler sind ideal, um die Polarisation in Anwendungen mit polarisiertem Licht beizubehalten (Abbildung 4).

Non-Polarizing Beamsplitter
Abbildung 4: Nicht polarisierende Strahlteiler

Dichroitische Strahlteiler teilen Licht nach der Wellenlänge auf. Die Möglichkeiten reichen von Strahlkombinierern für bestimmte Laserwellenlängen bis zu breitbandigen Infrarot- oder Kaltlichtspiegeln, die sichtbares und infrarotes Licht teilen. Dieser Strahlteiler-Typ wird häufig in Fluoreszenz-Anwendungen eingesetzt.

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