一文了解反射鏡的原理和種類(lèi)組成

反射鏡是一種利用光的反射定律工作的光學(xué)元件，它能夠?qū)⒐饩€從一個(gè)方向反射到另一個(gè)方向，即光線入射到鏡子上時(shí)，入射角與反射角相等（θi = θr）。通過(guò)控制入射角和反射角，可以實(shí)現(xiàn)將光線引導(dǎo)到所需的位置。

反射鏡的分類(lèi)和組成主要基于其面型、形狀、反射程度以及鍍膜材料等多個(gè)方面，從面型上可以簡(jiǎn)單分為平面反射鏡、球面反射鏡、非球面反射鏡，按照形態(tài)可以分為平面反射鏡、直角棱鏡反射鏡、離軸拋物面反射鏡、中空屋脊棱鏡反射鏡。從反射程度來(lái)分類(lèi)又可以分為全反反射鏡、半透半反反射鏡（分束鏡）；平面反射鏡又可以細(xì)分為介質(zhì)反射鏡、激光線反射鏡、超快反射鏡、超級(jí)反射鏡和金屬膜反射鏡；金屬膜反射鏡又細(xì)分為鋁膜反射鏡、金膜反射鏡、銀膜反射鏡；

反射鏡的分類(lèi)

1. 按面型分類(lèi)

平面反射鏡：反射面為平面的反射鏡，其反射面可以是前表面也可以是后表面。平面反射鏡主要用于改變光的傳播方向，它遵循光的反射定律，即光線入射到鏡面上時(shí)，入射角與反射角相等。平面反射鏡的主要特點(diǎn)是能夠?qū)⒐饩€以相同的角度反射回去，形成鏡像效果。

球面反射鏡：反射面為球面的反射鏡，分為凸面鏡和凹面鏡兩種。凸面鏡使平行光線發(fā)散，凹面鏡則使平行光線會(huì)聚到一點(diǎn)。球面反射鏡在光學(xué)成像、聚光等方面有廣泛應(yīng)用。

非球面反射鏡：反射面既不是平面也不是球面的反射鏡，如拋物面鏡、雙曲面鏡和橢球面鏡等。這類(lèi)反射鏡在特定應(yīng)用場(chǎng)合下具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如聚焦平行光束、準(zhǔn)直點(diǎn)光源等。

形態(tài)分類(lèi)

直角棱鏡反射鏡：

通常直角邊鍍?cè)鐾改?，斜邊鍍反射膜。直角棱鏡本身有較大的接觸面積以及有45°，90°這樣典型的角度，所以，和普通的反射鏡相比， 直角棱鏡更容易安裝，對(duì)機(jī)械應(yīng)力具有更好的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。它們是各類(lèi)裝置和儀器用光學(xué)件的最佳選擇。

離軸拋物面反射鏡：

離軸拋物面反射鏡是表面反射鏡，其反射表面是母拋物面中截取的一部分。利用離軸拋物面反射鏡可以聚焦平行光束或準(zhǔn)直點(diǎn)光源，其離軸設(shè)計(jì)可以使焦點(diǎn)從光路中分離出來(lái)。與透鏡相比，使用離軸拋物面反射鏡不會(huì)產(chǎn)生球差、色差，且不會(huì)引入相位延遲和吸收損耗，非常適用于飛秒脈沖激光器。

中空屋脊棱鏡反射鏡

中空屋脊棱鏡反射鏡是由兩塊直角棱鏡和一塊長(zhǎng)方形基片構(gòu)成，材質(zhì)為Borofloat（由德國(guó)SCHOTT公司研制的特種高硼硅玻璃玻璃）。Borofloat材料具有極高的表面平整度和良好的光學(xué)性能，在整個(gè)光譜范圍內(nèi)具有優(yōu)越的透光性和極低的熒光強(qiáng)度。同時(shí)直角棱鏡斜面上鍍有帶金屬保護(hù)層的銀膜，在可見(jiàn)光和近紅外波段都具有高反射率，兩個(gè)棱鏡的斜面相對(duì)放置，且二面角成90±10 arcsec。中空屋脊棱鏡反射鏡可以反射從外部入射到棱鏡斜邊的光，與平面反射鏡不同之處是反射光線仍然和入射光線平行，避免了光束干涉的影響，比手動(dòng)調(diào)節(jié)兩個(gè)反射鏡實(shí)現(xiàn)要精確。

3. 按反射程度分類(lèi)

全反反射鏡：反射率接近100%的反射鏡，能夠幾乎完全反射入射光線。

半透半反反射鏡（分束鏡）：既反射又透射光線的反射鏡，反射率和透射率可根據(jù)需要調(diào)整。這類(lèi)反射鏡常用于光學(xué)測(cè)量、光路分束等場(chǎng)合。

4.平面反射鏡的分類(lèi)

介質(zhì)膜反射鏡：

在光學(xué)元件表面鍍多層介質(zhì)膜，使得某一波段干涉疊加，從而增強(qiáng)反射率。介質(zhì)膜反射率較高，可在寬波長(zhǎng)譜區(qū)使用，膜沒(méi)有對(duì)光的吸收，膜較硬不易受損，適用于多波長(zhǎng)激光的光學(xué)系統(tǒng)。該類(lèi)反射鏡膜層較厚，角度敏感，成本較高。

激光線反射鏡

激光線反射鏡的基片材料為紫外熔融石英，其表面的高反射膜為Nd:YAG介質(zhì)膜，采用電子束蒸鍍和離子輔助沉積的工藝鍍制而成。相較于K9材質(zhì)，紫外熔融石英具有更好的均勻性和更低的熱膨脹系數(shù)，使其特別適合應(yīng)用于紫外到近紅外波段，高功率激光和成像領(lǐng)域。常見(jiàn)的激光線反射鏡的工作波長(zhǎng)有266 nm、355 nm、532 nm和1064 nm四種，入射角度分為0-45°或45°兩種，反射率高達(dá)97%以上。

超快反射鏡

超快反射鏡的基片材料為熔融石英，其表面的高反射膜為低群延遲色散介質(zhì)膜，采用離子束濺射（IBS）的工藝鍍制而成。熔融石英具有更低的熱膨脹系數(shù)和極高的熱震動(dòng)穩(wěn)定性，使其特別適用于高功率飛秒脈沖激光和成像領(lǐng)域。超快反射鏡常見(jiàn)的工作波長(zhǎng)范圍有460 nm-590 nm、700 nm-930 nm、970 nm-1150 nm和1400 nm-1700 nm四種，光束從45°入射，反射率高達(dá)99.5%以上。

超級(jí)反射鏡

超級(jí)反射鏡通過(guò)在紫外熔融石英基底上鍍多層折射率高低交替的介質(zhì)反射膜制作而成，通過(guò)增加膜層數(shù)量提高反射率，可以使超級(jí)反射鏡在設(shè)計(jì)波長(zhǎng)處的反射率優(yōu)于99.99%，適合用于反射率要求很高的光學(xué)系統(tǒng)。

金屬膜反射鏡

金屬膜反射鏡非常適用于寬譜光源光路偏轉(zhuǎn)，其在寬譜范圍內(nèi)具有較高的反射率。金屬膜在高濕度環(huán)境中很容易被氧化變色或脫落，因此金屬膜反射鏡一般在其表面鍍一層二氧化硅保護(hù)膜，用于隔絕金屬膜與空氣直接接觸，避免金屬膜被氧化影響光學(xué)性能。

金屬膜反射鏡分類(lèi)

1.鋁膜反射鏡

一般是在高精度拋光的平面基片上蒸鍍鋁膜，這類(lèi)反射鏡的使用不受光線入射角的限制。根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)景的不同，生產(chǎn)中會(huì)對(duì)鋁膜反射鏡做出細(xì)微的調(diào)整，如：只蒸鍍鋁膜的、為了防止損傷在鋁膜上鍍有保護(hù)膜的、為了提高在紫外波段反射率鍍有保護(hù)膜的以及在平行平面基板上鍍有保護(hù)膜的四種反射鏡。從紫外到紅外波段都有比較高的反射率（>90%)，光學(xué)膜層相對(duì)其他金屬材料較為牢固。

2.金膜反射鏡

金膜反射鏡一般應(yīng)用于近紅外、紅外寬譜區(qū)，在制備金膜反射鏡時(shí)選用導(dǎo)熱系數(shù)高、金膜附著力強(qiáng)和耐熱性好的硅基基底或者浮法玻璃。實(shí)際使用的過(guò)程中金膜對(duì)紅外、近紅外的光線反射率很高，沒(méi)有反射的光線會(huì)被金膜全部吸收，不會(huì)透過(guò)基板，金膜反射鏡的強(qiáng)度和穩(wěn)定性比銀膜反射鏡好。

銀膜反射鏡

銀膜在可見(jiàn)光到紅外波段都有不錯(cuò)的反射率。銀膜反射鏡與鋁膜反射鏡相比，在可見(jiàn)光到紅外波段的反射率要更高一些；與介質(zhì)膜反射鏡相比，不會(huì)受光線入射角的影響。銀膜與光學(xué)玻璃基片的附著力差，制備時(shí)會(huì)在銀膜上再鍍一層保護(hù)膜，延緩銀膜氧化，增加其使用壽命。

反射鏡的組成

反射鏡主要由基底材料和鍍膜層兩部分組成。

1. 基底材料

常見(jiàn)的基底材料包括玻璃（如K9玻璃、熔融石英等）、紫外熔融石英等。這些材料具有良好的光學(xué)性能和機(jī)械強(qiáng)度，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

基底材料的選擇需要考慮其熱膨脹系數(shù)、透光性、成本以及拋光容易程度等因素。

2. 鍍膜層

鍍膜層是反射鏡的關(guān)鍵部分，決定了反射鏡的反射率、穩(wěn)定性和耐用性等性能。

鍍膜層材料可分為金屬材料和介質(zhì)材料兩種。金屬材料如銀、鋁、金等具有較寬的反射光譜帶和較高的反射率，但容易受損和氧化變色；介質(zhì)材料如多層介質(zhì)膜則具有較高的反射率和較低的吸收率，適用于特定波長(zhǎng)的激光和成像領(lǐng)域。

鍍膜層的沉積工藝包括電子束蒸鍍、離子輔助沉積、離子束濺射等。這些工藝能夠確保鍍膜層與基底材料之間的良好結(jié)合和均勻性。

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