Beamsplitter란 무엇인가?

빔스플리터 구조 | 빔스플리터 유형

빔스플리터는 입사광을 지정된 비율에 따라 두 개의 빔으로 분리하는 데 사용되는 광학 부품입니다. 또한 이와 반대로 빔스플리터를 사용해 두 개의 서로 다른 빔을 단일 빔으로 결합할 수 있습니다. 빔스플리터는 대부분 구조에 따라서 cube 또는 plate 형으로 분류됩니다(표 1).

표 1: Cube Beamsplitter와 Plate Beamsplitter 비교
Cube Beamsplitters	Plate Beamsplitters
그림 1: Cube Beamsplitter	그림 2: Plate Beamsplitter
Cube beamsplitter는 일반적인 right angle prism 2개를 사용해 제작됩니다(그림 1). 프리즘 한 개는 빗면에 코팅이 되어있고, 두 개의 프리즘을 접합하여 큐빅 형태를 만듭니다. 접착제의 손상을 막기 위해서 코팅된 프리즘에 빛을 투과시키는 것을 추천하며, 연마된 표면에 참조용 기호가 표시되어 있습니다.	Plate beamsplitter는 첫 번째 표면에 코팅이 되어 있는 얇고, 평평한 glass plate로 구성됩니다(그림 2). 대부분의 plate beamsplitter에는 원치 않는 프레넬 반사를 제거하기 위해서 두 번째 표면에 무반사(AR) 코팅이 되어 있습니다. Plate beamsplitter는 대부분 45° AOI용으로 설계됩니다. 굴절률이 1.5이고 45° AOI를 갖는 기판의 경우, 그림 2에서의 공식을 사용하여 beam shift distance (d)의 근사치를 계산할 수 있습니다.

Table 2: Beamsplitter 구성
	장점	단점
Cube Beamsplitters	0° AOI로 결합이 용이함 Beam Shift가 발생하지 않음 반사 광경로과 투과 광경로의 길이가 동일함 시스템의 광학 경로 단축	무겁고, 단단한 유리 구조 대형 사이즈 제작이 어렵고 비용이 더 고가임
Plate Beamsplitters	경량 상대적으로 저렴함 대형 사이즈 제작이 쉬움	반사 광경로과 투과 광경로의 길이가 동일하지 않음 투과되는 빛에 Beam shift 발생(그림 2 참조) 45° AOI에서는 정렬을 위해 추가적인 시간이 요구될 수 있음

빔스플리터의 유형

표준 빔스플리터는 편광 상태가 중요하지 않은 용도에서 자연광 및 다색광같은 비편광 광원과 주로 사용됩니다. 이러한 비편광 광원을 불특정 편광 성향에 따라 특정 반사/투과(R/T) 비율로 분할하도록 설계되었습니다.

Polarizing beamsplitter는 빛을 반사형 S-편광 빔과 투과형 P-편광 빔으로 분리하도록 설계되었습니다. 이 편광 빔스플리터는 비편광 광원을 50/50 비율로 분할하거나, 광분리(optical isolation)와 같이 편광을 분리하는 용도에 사용할 수 있습니다(그림 3).

그림 3: Polarizing Beamsplitter

Non-polarizing beamsplitter는 입사광 본래의 편광 상태를 유지하면서 빛을 특정 반사/투과(R/T) 비율로 분할하도록 설계되었습니다. 예를 들어 50/50 non-polarizing beamsplitter의 경우, 투과형 P 및 S 편광 상태, 그리고 반사형 P 및 S 편광 상태는 설계 비율에 따라 분할됩니다. 이 비편광 빔스플리터는 편광된 빛을 이용하여 편광 상태를 유지하는 용도에 사용하기 적합합니다(그림 4).

그림 4: Non-Polarizing Beamsplitter

Dichroic Beamsplitter는 빛을 파장에 따라 분할합니다. 이 이색성 빔스플리터는 특정 레이저 파장용으로 설계된 laser beam combiner에서부터 가시광과 적외선을 분리하기 위한 hot & cold mirror에 이르기까지 적용 가능한 옵션이 매우 다양합니다. 이러한 유형의 빔스플리터는 주로 형광 용도에 사용됩니다.