反射鏡是指在光學(xué)玻璃的背面,鍍一層金屬銀(或鋁)薄膜,使入射光反射的光學(xué)元件。
在激光管內(nèi),反射鏡可作為尾鏡,該鏡片基底帶有一定的曲率,起到震蕩激光的作用;在某些激光設(shè)計(jì)中,激光反射鏡能起到在激光管內(nèi)改變光線的作用,起到減少激光管長(zhǎng)度的作用;在激光管外,反射鏡和聚焦鏡配合,構(gòu)成一個(gè)完整的光路,使得激光機(jī)器的設(shè)計(jì)更加節(jié)省空間,并盡可能減少激光損耗,最大程度保留激光工作功率。
硅是最常用的反射鏡基材,它具有成本低、耐用性強(qiáng)、熱學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。
銅由于具有高導(dǎo)熱性,通常被用在大功率應(yīng)用中。
鉬的表面強(qiáng)度極高,是適用于各種苛刻物理環(huán)境的理想材料。提供的鉬通常無(wú)鍍膜。
反射鏡的概念:
反射鏡是一種利用反射定律工作的光學(xué)元件。反射鏡按形狀可分為平面反射鏡、球面反射鏡和非球面反射鏡三種;按反射程度,可分成全反反射鏡和半透半反反射鏡(又名分束鏡)。過(guò)去制造反射鏡時(shí),常常在玻璃上鍍銀,它蹬制作標(biāo)準(zhǔn)工藝是:在高度拋光的襯底上真空蒸鋁后,再鍍上一氧化硅或氟化鎂,特殊應(yīng)用中,由于金屬引起損失可由多層介質(zhì)膜代替。因反射定律與光的頻率無(wú)關(guān),此種元件工作頻帶很寬,可達(dá)可見光頻譜的紫外區(qū)和紅外區(qū),所以它的應(yīng)用范圍愈來(lái)愈廣。在光學(xué)玻璃的背面,通過(guò)真空鍍膜鍍一層金屬銀(或鋁)薄膜,使入射光反射的光學(xué)元件。采用高反射比的反射鏡可使激光器的輸出功率成倍提高;且是第一反射面反射,反射圖像不失真,無(wú)重影,為前表面反射作用。如采用普通反射鏡為第二反射面,不僅反射率低,對(duì)波長(zhǎng)無(wú)選擇性,而且易產(chǎn)生重影。而采用鍍膜膜面反射鏡,得到的圖象不僅亮度高,而且精確無(wú)偏差,畫質(zhì)更清晰,色彩更逼真。前表面反射鏡廣泛為光學(xué)高保真掃描反射成像之作用。
介質(zhì)膜與金屬膜反射鏡有什么區(qū)別?
介質(zhì)膜反射鏡基本是一維光子晶體形成了一個(gè)帶隙,在這個(gè)帶隙內(nèi)光不支持傳播就發(fā)生全反射了。
要區(qū)別介質(zhì)膜反射鏡和金屬反射鏡,我們首先討論一下單純的介質(zhì)和金屬的區(qū)別是什么。
在電磁波傳播中決定電磁波傳播性質(zhì)的就是介電常數(shù),介電常數(shù)的實(shí)部對(duì)應(yīng)于光傳播時(shí)候的電場(chǎng)振幅的比例
,而虛部則對(duì)應(yīng)于光的能量損耗。金屬和介質(zhì)最大的區(qū)別在于,金屬的介電常數(shù)可以用Drude模型描述,
一般是一個(gè)負(fù)的實(shí)部和比較大的虛部;而介質(zhì)的介電常數(shù)則一般是一個(gè)正的實(shí)部。
既然金屬有比較大的虛部,就會(huì)導(dǎo)致有損耗,光在經(jīng)過(guò)金屬反射的時(shí)候就會(huì)被吸收,反射率可能只達(dá)到98、99;
而介質(zhì)則不會(huì),因此特定條件下,反射率能達(dá)到真正的百分百。
空氣也是一種介質(zhì),空氣入射介質(zhì)發(fā)生反射,由于是介質(zhì)(介電常數(shù)較?。┑焦饷芙橘|(zhì)(介電常數(shù)較大)有半波損失,
導(dǎo)致電磁波震蕩損失一個(gè)相位;而空氣入射金屬時(shí)理想情況發(fā)生反射必定會(huì)產(chǎn)生相位差。
那么,多層膜的反射又是怎么回事呢?
介質(zhì)膜反射鏡是將一系列介電常數(shù)有區(qū)別的介質(zhì)周期性堆疊在一起,在普通的均勻介質(zhì)里,頻率和波長(zhǎng)的乘積是光速,這就是所謂的色散關(guān)系。周期性邊界條件導(dǎo)致色散關(guān)系在倒空間(坐標(biāo)以為量度)中被折疊,并且因?yàn)樵诓祭餃Y區(qū)的邊界上散射比較強(qiáng),就會(huì)打開帶隙。
因此,以這個(gè)頻率入射的光,直接就被結(jié)構(gòu)反射出去了。這樣的反射依舊繼承了介質(zhì)的優(yōu)勢(shì)——不會(huì)吸收。
為什么要采用這樣的結(jié)構(gòu)呢?
首先,是覆蓋的波長(zhǎng)范圍是可設(shè)計(jì)的,而金屬由于本身的原子性質(zhì)(介電常數(shù)),所對(duì)應(yīng)的反射波段是固定的;
其次,由于完全不吸收,只要層數(shù)足夠,反射率就極高。但是這種結(jié)構(gòu)也有缺陷:①介質(zhì)膜反射鏡會(huì)很厚;②角度依賴很強(qiáng);③介質(zhì)膜反射鏡成本會(huì)較高,而金屬膜反射鏡則沒有這個(gè)要求。所以在反射的波段要求、熱效應(yīng)要求不高的情況下,選擇金屬反射鏡更加合適。