偏振分束器的种类及应用

偏振分束器（PBS）是一种能将一束任意偏振态的光，按偏振方向正交分离为两束线偏振光的光学元件。基于这一核心功能，它在激光、通信、成像等领域扮演着关键角色，也是呈欣光电在晶体器件加工中经常接触的一类功能元件。

根据工作原理、结构和应用场景，PBS主要分为以下几类：

一、主流偏振分束器分类与对比

类型、工作原理、核心特点、典型应用、关键选型指标多个方面分类

偏振分束立方体，由两个直角棱镜胶合，斜面镀有介质分光膜。利用薄膜干涉，使P光透射、S光反射，两束光呈90°分开。光程相等，无光束平移，安装方便，稳定性高。激光器、干涉测量、半导体仪器。波长范围、消光比、损伤阈值。

偏振平板分束镜，在平板玻璃表面镀膜，通常在45°入射角下工作。使大部分P光透射，S光反射。轻便、成本较低，易制成大尺寸；但有光束平移，可能产生重影。成像系统、光谱学、对重量敏感的光路。波长、楔角设计（抗重影）、基底材质。

晶体偏振分束棱镜，利用冰洲石、α-BBO等双折射晶体。利用o光与e光的折射率差异，使其中一束光发生全反射，另一束通过。消光比极高、透光波段宽（紫外到红外）、损伤阈值高；但通常体积小、价格昂贵。高功率激光器、精密计量、拉曼光谱。晶体材料（如冰洲石）、结构类型。这一类晶体基材，是呈欣光电晶体加工业务里重要的加工对象。

光纤/波导型，基于光纤或集成光波导结构，通过模式耦合或干涉效应实现偏振分离。体积小，易于集成，插入损耗低，与光纤系统兼容。光纤通信（偏振复用）、光纤激光器、集成光子学。工作波长、消光比、光纤类型（保偏/单模）。

消光比是衡量PBS性能的核心指标，它反映了对不需要的偏振光的抑制能力。比值越高（如10,000:1），输出的偏振光越“纯净”。在器件检测环节，呈欣光电的技术人员也会将消光比作为重点测试项目。

二、细分类型速览与应用场景

2.1、偏振分束立方体

根据镀膜和工艺优化，立方体有多种子类：

• 宽带型：覆盖宽波长范围（如可见光或近红外），性价比高，适用于白光或多波长系统。
• 激光线型：针对单一激光波长优化，消光比和损伤阈值更高。
• 高功率型：采用光胶工艺（无胶水粘合），热稳定性极佳，适用于高功率激光，可避免胶层引起的干涉条纹。
• 线栅型：内部使用金属线栅而非介质膜，优势是接收角度大（±40°），非常适合非准直光源或大视场角应用。

2.2、晶体偏振分束棱镜

不同结构适用于不同场景：

• 格兰-泰勒棱镜：空气隙设计，损伤阈值高，常用于高功率调Q激光器。
• 格兰-汤普森棱镜：胶合设计，承受功率较低，但视场角更大。
• 沃拉斯顿棱镜：输出两束分开的、对称的线偏振光，常用于双频干涉仪、光刻照明。
• 洛甸棱镜：一束光（e光）偏折，另一束（o光）直线输出，无偏折光束无色散，常用于起偏和检偏。

以上各类棱镜，都离不开高精度晶体切割与抛光，也是呈欣日常工艺打磨的重点方向。

2.3、平板分束镜的细节

• 圆形与矩形：圆形常见于标准光路，侧面箭头指示入射面，背面楔角设计可减少重影；矩形厚度仅1mm，适合紧凑空间，且支持双面入射。

2.4、光纤与片上集成型

• 保偏光纤型：用于光纤激光器或通信系统中，将两束正交偏振光合束或分束，以提升功率或传输容量。
• 硅光芯片型：基于SOI平台，尺寸在微米量级，是未来片上光互连和量子光学的核心元件。其目标是实现高消光比（>20dB）和超大带宽（>200nm）。

三、总结与快速选型

简单来说，选型可以遵循以下思路：

3.1、常规自由空间光路

首选偏振分束立方体，性能均衡，使用方便。追求极致性价比可选平板分束镜，但需接受光束平移。

3.2、高功率激光场景

优先考虑高功率激光线偏振分束立方体（光胶工艺）或格兰型晶体棱镜（如格兰-泰勒）。

3.3、极端性能要求（超高消光比、宽光谱）

选择晶体偏振棱镜（如洛甸、沃拉斯顿）。

3.4、光纤通信与集成系统

选用光纤型PBS或硅基波导型PBS。

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