镜子是一种基于反射定律工作的光学元件,主要用于光束重定向、干涉测量、成像或照明等。 反射镜的特性取决于光学镀膜、基材和表面质量。 标准工艺是涂覆高度抛光的基板材料,所生产的光学镜的性能因基板材料以及用于涂层的材料和工艺而异。 常见的基板材料有N-BK7光学玻璃、熔融石英、浮法玻璃等。 光学镀膜决定了反射镜的反射率和稳定性,是反射镜最关键的部件,镜膜通常由金属或介电材料制成。
反射镜按形状可分为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜三种; 按反射程度可分为全反射镜和半反射镜(又称分束镜)。 我们将简要介绍金属膜反射镜和介电膜反射镜这两种主要类型,今天我们将主要谈谈金属薄膜反射镜。
介电常数的实部对应于光传播过程中电场振幅的比例,而虚部对应于光的能量损失。 金属的介电常数可以用 Drude 色散模型来描述,也称为自由电子气体模型。 根据德鲁德色散模型,金属的相对介电常数为:电子速度的衰减常数,入射光的频率,自由电子形成的等离子体的振荡固有角频率,可以表示为电子的电荷,电子的密度, 真空中的介电常数和电子的质量。实部和虚部分别为:金属的复折射率可以表示为:其中,实部是金属的折射率,由光波在吸收介质中的传播速度决定; 虚部决定了光波在金属中传播时的衰减(光能的吸收),称为消光系数,一般金属膜的消光系数较大。 当光束从空气入射到金属表面时,进入金属的光的振幅迅速衰减,使进入金属的光能相应减小,反射光能增加。 同时,消光系数越大,光能吸收到金属中就越大,导致反射率降低,这也是金属反射镜被吸收的原因。 通常选择消光系数大、光学性能稳定的金属作为金属膜材料。
图1 金属反射镜的示意图。
金属膜镜,即在基板上涂覆一层金属膜,实现光的反射。 金属薄膜具有非常宽的反射带,但通常伴随着一些光吸收。 市场上光学金属膜镜最多,主要是铝膜镜、金膜镜和银膜镜。 1.铝膜镜一般是在高精度抛光的平面基板上蒸发的,这种镜子的使用不受光线入射角的限制。 根据实际使用场景,铝膜镜面在生产中会做细微的调整,例如:只蒸发铝膜,涂上保护膜以防止损坏,涂上保护膜以提高紫外波段的反射率,并在平行平面基板上涂上保护膜。 从紫外线到红外波长,它具有相对较高的反射率(>90%),与其他金属材料相比,光学涂层相对较强。 JCOPTIX为铝薄膜提供了在450-700nm波长范围内反射率大于93%的保护层,如图2所示。 此外,JCOPTIX 还提供紫外线增强型平面凹面铝反射镜,在 250 - 600 nm 的工作波长范围内反射率大于 90%。
图2 铝膜镜。
2.金膜镜金膜镜一般用于近红外和红外宽光谱区域,在制备金膜镜时选用导热系数高、金膜附着力强、耐热性好的硅基基板或浮法玻璃。 在实际使用过程中,金膜对红外光和近红外光的反射率很高,没有反射的光会被金膜吸收,不会穿过基板,金膜镜的强度和稳定性优于银膜镜。 南阳精亮光电 JCOPTIX 提供带保护层覆盖的金膜,波长为 650 nm - 20在0m工作波长范围内,平均反射率大于96%,有不同尺寸的圆形和方形镜可供选择。
图3 金膜镜。
3.银膜镜子。
银膜从可见光到红外波长都具有良好的反射率。 与铝膜反射镜相比,银膜反射镜在可见光到红外波段具有更高的反射率; 与介电薄膜反射镜相比,它们不受光入射角的影响。 银膜与光学玻璃基板的附着力较差,制备时会在银膜上涂上保护膜,以延缓银膜的氧化,增加其使用寿命。
图4 银膜镜。
JCOPTIX 提供具有 450 nm - 20 纳米二氧化硅保护层的银膜反射镜在0 m工作波长范围内,平均反射率大于96%,并提供圆形、方形和D形反射镜。 JCOPTIX 还提供带有斜面银涂层的直角棱镜,在 450 - 2000 nm 的波长范围内平均反射率大于 975、在2-20m波长范围内平均反射率大于96%; 它在工作波长范围内具有非常低的固有群延迟色散 (GDD),使其成为重定向飞秒激光器的理想选择。
图5 银膜直角棱镜。
金属膜反射镜经济实惠,可以在广泛的波长范围和各种入射角下使用,但金属膜容易因吸收而损坏,反射率略有降低,因此清洁时必须特别小心。 金属薄膜反射镜主要用于简单的光学系统、使用低输出激光器的光学系统、白光照明系统或成像系统、红外光学系统(金膜反射镜)。 对于实际使用场景,金属膜镜按形状可分为平面镜、球面镜和非球面镜。 平面镜,即反射面是平坦的,反射面可以是前面,也可以是后面; 球面镜,即反射光源的一面是球面的,分为凸面和凹面两种,平行的入射光线可以通过球面反射会聚到一点; 非球面反射镜,即具有非平面和非球面表面的反射镜,其中最常用的是抛物面反射镜、双曲面反射镜和椭球面反射镜。