Halbspiegel
Englisch: half-silvered mirror
Ein Spiegel mit unvollständiger Reflexionsschicht, bei dem die Hälfte des einfallenden Lichts reflektiert wird und die andere Hälfte durchgelassen wird.
Halbversilberter Spiegel: ein Strahlteiler, der gleich viel reflektiert und durchlässt
Ein halbversilberter Spiegel ist ein optisches Element mit einer dünnen metallischen Beschichtung, üblicherweise aus Silber oder Aluminium, die ungleichmäßig auf der Oberfläche aufgebracht ist, sodass etwa 50 Prozent des einfallenden Lichts reflektiert und 50 Prozent durchgelassen werden. Die Schichtdicke liegt typischerweise zwischen 10 und 20 Nanometern und ist darauf abgestimmt, diese 50:50-Aufteilung bei einer bestimmten Wellenlänge oder in einem bestimmten Wellenlängenbereich zu erreichen. Im Gegensatz zu einem vollversilberten Spiegel, der 90 bis 95 Prozent des Lichts reflektiert, verzichtet der halbversilberte Spiegel auf Reflexionsgrad, um Licht gleichzeitig in zwei Richtungen zu lenken.
Das Element funktioniert durch teilweise Transmission durch die dünne Metallschicht. Wenn Licht auf die Beschichtung trifft, werden einige Photonen von der Oberflächenseite als Reflexion gestreut, während andere die Beschichtung durchdringen, von der darunter liegenden Schicht reflektiert werden und als durchgelassenes Licht austreten. Das genaue 50:50-Verhältnis hängt vom Beschichtungsmaterial, der Schichtdicke, dem Einfallswinkel und der Wellenlänge ab. In der Praxis werden Beschichtungen oft für einen engen Spektralbereich optimiert; ein halbversilberter Spiegel, der bei 550 Nanometern wirksam ist, kann bei 405 Nanometern anders arbeiten.
Varianten und optische Anordnungen
Halbversilberte Spiegel treten in verschiedenen optischen Konfigurationen auf. Ein Strahlteilerwürfel verbindet zwei Prismen mit der halbversilberten Fläche an der Grenzfläche, sodass Licht in ein Prisma eintritt, an der beschichteten Fläche geteilt wird und durch zwei senkrechte Flächen austritt. Plattenvarianten montieren die beschichtete Fläche auf flaches Glas, während Pellicle-Ausführungen extrem dünne Substrate verwenden, um die Strahlablenkung zu minimieren. Dichroitische Varianten teilen Licht nach Wellenlänge statt nach Intensität, sie reflektieren eine Farbe, während sie eine andere durchlassen; diese sind häufig bei Fluoreszenzmikroskopie und Kamera-Sucher anzutreffen.
Halbversilberte Spiegel sind unverzichtbar in Strahlteiler-Anwendungen, bei denen Licht mit bekannten Intensitätsverhältnissen zwei unabhängige Wege erreichen muss. Sie treten in Interferometern (Michelson- und Mach-Zehnder-Typ) auf, in Kamera-Strahlteiler, die etwas Licht zu einem Sucher lenken, während der Rest zum Sensor gelangt, in Projektionssystemen und in Testgeräten für optische Ausrichtung. Sie werden auch in Experimenten der Quantenoptik verwendet, bei denen die Aufrechterhaltung der Kohärenz wichtig ist.
Die Haupteinschränkung ist der Verlust. Mindestens 50 Prozent des einfallenden Lichts gehen je nachdem, wohin der Strahl gelenkt wird, als Reflexion oder Transmission verloren; diese Beschränkung macht halbversilberte Spiegel für Hochleistungsanwendungen oder wenn maximaler Durchsatz kritisch ist, ungeeignet. Staub, Kratzer und Alterung der Beschichtung beeinträchtigen die Leistung im Laufe der Zeit und verringern das 50:50-Verhältnis sowie verursachen ungewollte Reflexionen. Der Begriff "versilbert" bleibt aus historischen Gründen erhalten, stammt aus der Zeit, als tatsächliches Silberblatt aufgebracht wurde; moderne Beschichtungen verwenden stattdessen verdampftes oder gesputtertes Aluminium oder dielektrische Mehrschichtsysteme.