ตัวแยกลำแสง

ตัวแยกลำแสง (beam splitter) เป็นเครื่องมือทางทัศนศาสตร์ที่แยกลำแสงหนึ่งลำออกเป็นสองลำ และเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของเครื่องมือทางแสงหลายอย่าง เช่น อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ ไปจนถึงอุปกรณ์โทรคมนาคมที่ใช้ใยแก้วนำแสง

ตัวแยกลำแสงขนาดต่าง ๆ

ภาพการทำงานของตัวแยกลำแสง 1 - แสงตกกระทบ
2 - แสงส่องผ่าน 50%
3 - แสงสะท้อน 50%

ตัวแยกลำแสงอลูมิเนียม

การเลื่อนเฟสของตัวแยกลำแสงเคลือบไดอิเล็กทริก

การออกแบบ

เครื่องแยกลำแสงที่พบมากที่สุดคือลูกบาศก์ แก้ว ที่ประกอบด้วยปริซึมรูปสามเหลี่ยม 2 ก้อนที่ยึดติดในแนวทแยงด้วยกาว พอลิเอสเทอร์ อีพอกซี หรือ โพลียูรีเทน หลังจากปรับความหนาของกาวแล้ว ครึ่งหนึ่งของลำแสงที่ความยาวคลื่นเฉพาะที่เข้าจากด้านหนึ่งของตัวแยกลำแสงจะทะลุผ่านและอีกครึ่งหนึ่งจะสะท้อนกลับ

การออกแบบในลักษณะอื่น เช่น ทำโดยการเคลือบแผ่นกระจกหรือพลาสติกด้วยชั้นของอะลูมิเนียมหนาจนลำแสงที่มีความยาวคลื่นเฉพาะถูกแบ่งเท่า ๆ กันเมื่อกระทบกระจกในมุม 45 องศา และเพื่อลดแสงที่เคลือบผิวไว้ เกิดเป็นตัวแยกลำแสงที่เรียกว่า "เนยแข็งสวิส" (Swiss-cheese) แผ่นเหล็กที่มีรูพรุนขัดเงาบางส่วนถูกฉาบลงบนแก้ว เพื่อป้องกันไม่ให้โลหะบนนั้นถูกกัดกร่อนด้วยสารเคมี นอกจากการเคลือบโลหะแล้วยังมีการเคลือบชั้นแสงไดโครอิกอีกด้วย

ประเภทที่สามคือ ปริซึมไดโครอิก ซึ่งทำโดยการเอาปริซึมที่แตกต่างกันมาประกอบกัน โดยใช้การเคลือบไดโครอิกเพื่อแยกแสงที่ตกกระทบออกเป็นลำแสงหลายช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน เครื่องมือนี้ถูกนำมาใช้ในเทคโนโลยีต่าง ๆ เช่น สีเทคนิคัลเลอร์ สำหรับการใช้งานในปัจจุบัน เช่น อุปกรณ์ถ่ายเทประจุแสงสามสีสำหรับกล้องถ่ายรูป (แปลงภาพเป็นแสงสีเดียว) และ จอภาพผลึกเหลวสามสีสำหรับโทรทัศน์ (รวมแสงสีเดียวเข้ากับภาพที่ฉาย)

การประกบไขว้ของเส้นใยแก้วนำแสงโหมดเดียวในเครือข่ายเชิงแสงแบบพาสซีฟก็สามารถนำมาใช้แยกแสงได้

การเปลี่ยนเฟส

ในตัวอย่างเช่น อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบมัค–เซนเดอร์ (Mach-Zehnder interferometer) จะใช้ตัวแยกลำแสงเพื่อทำการรวมลำแสงบางส่วน ในทางทฤษฎี ลำแสงตกกระทบสองลำจะปล่อยลำแสงสองลำ แต่ตามหลักแล้วตัวแยกลำแสงอาจทำให้แอมพลิจูดของลำแสงลำหนึ่งกลายเป็นศูนย์ แต่เนื่องจากการอนุรักษ์พลังงาน รังสีอย่างน้อยหนึ่งรังสีจะถูกเปลี่ยนเฟส ตัวอย่างเช่น เมื่อแสงโพลาไรซ์ มาถึงพื้นผิวของวัสดุไดอิเล็กตริก (เช่น แก้ว) และสนามไฟฟ้าของคลื่นแสงอยู่บนระนาบของผิววัสดุไดอิเล็กตริก แสงสะท้อนอาจมีการเลื่อนเฟสเป็น π ในขณะที่แสงที่ส่องผ่านจะไม่มีการเลื่อนเฟส การเลื่อนเฟสสามารถคำนวณได้จากสมการแฟรแนล อย่างไรก็ตาม การเลื่อนเฟสจะได้รับผลกระทบจากคุณสมบัติทางกายภาพและทางเรขาคณิตของตัวแยกลำแสงด้วย เช่นอาจใช้ไม่ได้กับชั้นเคลือบที่เป็นตัวนำไฟฟ้า และลำแสงที่ปล่อยออกมา 2 ลำจะมีการเลื่อนเฟสไป

ดูเพิ่ม

• โพลาไรเซอร์ - ลำแสงโพลาไรซ์ เช่น ปริซึมวอลลัสตัน ใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติการหักเหสองแนวเพื่อแยกแสงของโพลาไรเซชัน ต่าง ๆ
• ตัวแยกลำแสงแบบเลี้ยวเบน (diffractive beam splitter) - ใช้สร้างชุดของลำแสงที่เหมือนกัน
• ปริซึมไดโครอิก (dichroic prism) - แบ่งแสงที่ตกกระทบออกเป็นแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน
• จอพลาสติกสะท้อนแสง (pellicle Mirror) - รูปแบบพิเศษของตัวแยกลำแสง ใช้ในอุปกรณ์ถ่ายภาพ