分光镜为一光学仪器，可以将一束光线分成两束，是许多光学仪器（如干涉仪）的重要组件，以至使用光纤的电信设备。
最常见的分光镜为一玻璃方块，由两个玻璃三角柱沿对角线以聚酯、环氧树脂或聚氨酯黏合剂黏合而成。经调校黏合剂的厚度后，特定波长的光束从分光镜的一面进入后有一半会穿过，另一半则反射。这是由于受抑全内反射的缘故。
另一个设计是在一片玻璃或塑胶上镀上一层铝，其厚度使得一束特定波长的光在45度角射向玻璃时会被等分。而为了减少涂层所吸收的光，出现一种名为“瑞士芝士”的分光镜。一些经打磨的多孔铁片会被溅镀到玻璃上，或其上的金属会以化学或机械作用蚀刻。除了金属涂层外，也有使用二色性光学涂层。视乎涂层的特性，入射光的反射比率取决其波长。在一些椭圆形反射式聚光灯会以此分开不需要的红外线。此外也用作激光产生器的输出耦合镜以选择波长。
第三种则为分色棱镜，是为不同棱镜的组合，使用二色性涂层以将入射光分为数束不同波长的光。此仪器曾用于摄像管、特艺七彩等技术中，现今应用包括相机的三色感光耦合元件（将影像转为单色光）和电视的三色液晶显示器（将单色光结合投射影像）。
无源光网络中的单模光纤的交叉拼接来达到分光的效果。
在马赫－曾德尔干涉仪等例子中，分光镜用以重合一些光束。理论上两束入射光会有两束光线射出，但藉分光镜的原理可使其中一束光线的振幅为零。但由于能量的守恒，至少其中一束光线会出现相移。例如当具偏振的光线到达介电质（如玻璃）的表面，而光波的电场在介电质的平面，反射光会具π的相移，穿透的光线不会有相移。相移可以菲涅耳方程计算。但相移亦会受分光镜的物理和几何性质影响，如上述情况不适用于导电涂层，其两束射出的光线皆会有相移。
除了光学实验外，此仪器也可用在摄影（如拍摄立体影像）、制造激光（以输出耦合镜筛出足够强度的激光）、光纤系统（把信号由光纤划分成子光纤）中。一些使到此类仪器或概念的实验包括：
