Grundbestandteil ist im einfachsten Fall eine ebene Glasplatte. Stellt man sie unter 450  einem Lichtstrahl in den Weg, so werden nur wenige Prozent der Lichtintensität so reflektiert, dass sie unter 900 den Strahlteiler verlassen. Das meiste Licht geht mehr oder weniger geradeaus durch. Dampft man dünne Metallschichten auf, "verspiegelt" man also die Glasplatte geeignet, so können ca. 50% des Lichts geradeaus durchgehen, während die anderen ca. 50% des Lichts reflektiert werden und so unter 900 gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl den Strahlteiler verlassen. Bei einer klassischen elektromagnetischen Welle wird die Amplitude beider Teilwellen so reduziert, dass beide Strahlen je ca. 50% der Lichtleistung enthalten. Es gibt auch Strahlteiler mit dielektrischen Aufdampfschichten. Sie haben den Vorteil, für eine bestimmte Wellenlänge verlustfrei zu arbeiten.

Das Überraschende ist, dass bei Photonen, völlig zufällig aufgeteilt, im Mittel 50% der Photonen ungehindert passieren und 50% der Photonen unter 90⁰ abgelenkt werden ohne eine energetische Veränderung der Photonen. Wie verhält sich also ein einzelnes Photon? Es kann sich ja schließlich nicht aufteilen und zu einer Hälfte den einen, zur anderen Hälfte den anderen Weg "gehen". Man findet, dass es ungeteilt  und völlig zufällig entweder in  Geradeausrichtung  oder in senkrechter Richtung nachgewiesen wird (GRA-Versuch). Macht man viele Versuche, findet man, dass sich das ungeteilte Photon jeweils mit 50%-iger Wahrscheinlichkeit für Geradeausrichtung oder Ablenkung unter 90⁰ entschieden hat.

Bei einem Strahlteiler-Spiegel muss man zwei Situationen unterscheiden: (Situation L): Wenn der Lichtstrahl aus der Luft auf die spiegelnde Fläche unter 450 auftritt, kommt es zu einem Phasenunterschied von π zwischen reflektiertem und eintretenden Strahl. Kommt der Lichtstrahl von der Materialseite des Glaskörpers her (Situation G) fehlt dieser Phasenunterschied.

Strahlengang beim Strahlteilerwürfel (schematisch). Bei modernen Optik-Versuchen werden heute bevorzugt Strahlteilerwürfel eingesetzt. Die eingezeichnete Diagonale stellt eine spiegelnde Fläche dar. Sie reflektiert 50% der Photonen und lässt 50% passieren. Der reflektierte Strahl verlässt den Strahlteiler auf der Seite des einfallenden Strahls, wo auch das Lot eingezeichnet ist. Bei der Reflexion von Licht kommt es zu einem Phasensprung um π/2 zwischen dem reflektierten und dem durchgehenden Strahl. Es gibt andere Typen von Strahlteilern, die zusätzlich die Photonen auch noch unterschiedlich polarisieren je nachdem, in welcher Richtung sie den Strahlteiler verlassen.

Literatur:

R. Loudon, The quantum theory of light, Oxford Science Publications, 3rd. edition, S. 88 - 91 (2000)

C. H. Holbrow, E. Galvez, and M. E. Parks, Photon quantum mechanics and beam splitters, Am. J. Phys., Vol. 70, No. 3, S. 260 - 265 (2002)

J. Pade, L. Polley, Phasenverschiebung am Strahlteiler, PhyDid 1/3, S.39-40, (2004)

H. Paul, Photonen Eine Einführung in die Quantenoptik, S. 261 -262 , Stuttgart (1995)

G. S. Agarval, Quantum Optics, Cambridge University Press, S. 103 ff (2013)