分束器已被用于量子理论和相对论等物理领域的思想实验和现实世界的实验。 这些包括：
（1）1851年的Fizeau实验测量水中光的速度；
（2）1887年的迈克尔逊 - 莫利实验测量（假设）发光的醚对光速的影响；
（3）1935年的哈马尔实验反驳了代顿米勒对重复迈克尔逊 - 莫利实验的积极成果的主张；
（4）1932年的肯尼迪 - 索恩迪克实验测试了光速和测量仪器速度的独立性；
（5）贝尔测试实验（从大约1972年）演示量子纠缠的后果，并排除局部隐性变量理论；
（6）惠勒的1978年，1984年等的延迟选择实验，以测试什么使光子作为波；
（7）测试Penrose解释的FELIX实验（2000年提出）量子叠加取决于时空曲率；
（8）Mach-Zehnder干涉仪用于各种实验，包括Elitzur-Vaidman炸弹测试仪，包括无相关测量;在其他方面在量子计算领域。
