Qu’est-ce qu’un séparateur de faisceaux ?
Un séparateur de faisceaux est un élément optique permettant de séparer un faisceau unique (vitesse de la lumière) en deux faisceaux.
Un séparateur de faisceaux est parfois abrégé en BS ou B/S dans les diagrammes de trajet optique. Lorsque la lumière traverse un séparateur de faisceaux, elle peut être divisée en lumière transmise et en lumière réfléchie selon le rapport conçu dans le séparateur de faisceaux. Le rapport peut varier de 1:1 à 2:8.
En particulier, un rapport de 1:1 est parfois appelé demi-miroir. Le rapport est généralement fixe, mais il est possible de fabriquer des dispositifs qui peuvent diviser arbitrairement la lumière en les combinant avec des plaques d’onde ou d’autres dispositifs. La lumière séparée peut également être recombinée en la faisant passer à nouveau à travers un séparateur de faisceaux.
Utilisations des séparateurs de faisceaux
Les séparateurs de faisceaux sont principalement utilisés dans les instruments optiques tels que les caméras et les microscopes. Il existe deux types de séparateurs de faisceaux : le séparateur cubique, qui consiste en deux prismes à angle droit laminés ensemble, et le séparateur à plaques, qui consiste en un verre mince recouvert d’un revêtement spécial.
Les séparateurs de faisceaux à plaques sont souvent utilisés dans les microscopes optiques à fluorescence. Les séparateurs de faisceaux de type cubique sont utilisés lorsque le système optique doit être compact ou lorsque la quantité de lumière transmise et réfléchie doit être alignée. En général, les séparateurs de faisceaux de type cube sont plus chers que les séparateurs de faisceaux de type plaque.
Principe des séparateurs de faisceaux
Un séparateur de faisceaux permet de séparer un faisceau en deux faisceaux en réfléchissant une partie de la lumière à travers une multicouche diélectrique. Il existe deux types de séparateur de faisceaux, le cube et la plaque, et le principe diffère selon la forme.
1. Séparateurs de faisceaux cubiques
Les séparateurs de faisceaux de type cube sont constitués de deux prismes à angle droit dont les surfaces de liaison sont recouvertes d’un film optique appelé multicouche diélectrique. En ajustant l’épaisseur du film diélectrique multicouche, le rapport entre la lumière réfléchie et la lumière transmise peut être modifié. Une caractéristique du type cube est que l’angle d’incidence de la lumière dans le séparateur de faisceaux est de 0°. Par conséquent, des réflexions peuvent se produire sur l’axe coaxial de la lumière incidente et revenir sous forme de lumière parasite dans la direction de la source lumineuse.
2. Type à plaque
Le type à plaque consiste en une plaque de verre plate sur laquelle est déposé un film multicouche diélectrique. Le type de plaque permet à la lumière d’entrer à un angle de 45°, de sorte que la lumière parasite est moins susceptible de se produire que dans le type de cube, mais la lumière transmise est réfractée vers l’extérieur, ce qui entraîne une différence de chemin optique avec la lumière réfléchie. L’alignement dans le système optique est donc important et il faut faire attention, car le retrait et l’insertion fréquents peuvent rapidement entraîner un désalignement de l’axe, etc.
Types de séparateurs de faisceaux
Il existe deux types de séparateurs de faisceaux, en fonction des caractéristiques de polarisation du faisceau réfléchi
1. Séparateur de faisceaux non polarisants (NPBS)
Les séparateurs de faisceaux non polarisants divisent simplement le faisceau et n’ont pas de polarité. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications optiques et sont indispensables en microscopie et en optique interférentielle.
Ils ont généralement un codage à base de chrome sur la face réfléchissante et aucun sur la face transmissive. Il est donc important de noter que l’intensité des deux faisceaux divisés peut être très différente si la trajectoire incidente n’est pas la bonne. Comme indiqué ci-dessus, lorsque le rapport entre la lumière transmise et la lumière réfléchie est de 1:1, le faisceau est appelé demi-miroir et est également utilisé pour l’éclairage coaxial à retombée, qui est un type d’éclairage d’inspection. L’utilisation de l’épi-illumination coaxiale permet de capter efficacement la lumière réfléchie positive de l’objet et d’obtenir une image nette.
2. Séparateurs de faisceaux polarisants (PBS)
Les séparateurs de faisceaux sont utilisés pour séparer les faisceaux en polarisation S et P. Ils sont utilisés dans les domaines des semi-conducteurs et des liquides. Ils sont utilisés dans les équipements de lithographie des semi-conducteurs et des cristaux liquides, dans les optiques d’interférence et dans divers instruments de mesure. Ils sont utilisés comme éléments pour créer un état de polarisation à partir d’un état non polarisé en utilisant les caractéristiques de la lumière polarisée P transmise et de la lumière polarisée S réfléchie. Leur rapport d’extinction est élevé, souvent de l’ordre de 1 000:1, selon le produit.
En combinant un séparateur de faisceaux polarisant avec une plaque d’onde, il est possible de diviser la lumière dans n’importe quel rapport souhaité : une lumière polarisée linéairement passant à travers un quart de plaque d’onde peut voir son angle de polarisation modifié en fonction de l’angle de la plaque d’onde. Si un séparateur de faisceaux polarisant est installé derrière le chemin optique de la lame d’onde, il est possible de créer un dispositif dans lequel le séparateur de faisceaux peut diviser le faisceau selon un rapport d’intensité arbitraire en ajustant l’angle de la lame d’onde.
Autres informations sur les séparateurs de faisceaux
Différences entre séparateurs de faisceaux et prisceaux
La différence entre un séparateur de faisceaux et un prisme réside dans l’application. Un séparateur de faisceaux cubique est constitué de deux prismes à angle droit. En revanche, un prisme en forme de cube est créé en formant un film optique fin sur la pente d’un prisme pour agir comme séparateur de faisceaux et en le reliant à l’autre prisme. Comme deux prismes sont utilisés, la couche mince optique n’est pas en contact direct avec l’air, ce qui empêche sa dégradation.
Les prismes sont utilisés pour utiliser activement la réfraction afin de modifier le chemin optique et la spectroscopie, mais lorsqu’ils sont utilisés comme séparateur de faisceaux, il n’y a pas de réfraction de la lumière transmise et l’élément optique utilise la réflexion et la transmission.