定义
由不同透明光学材料的多个薄层组成的反射镜。
介电镜是基于多个薄层（通常是两个）不同透明介电光学材料（→介电涂层、薄膜涂层、干涉涂层）的反射镜。 即使两种材料之间单个界面的菲涅耳反射系数很小（由于折射率差异很小），来自许多界面的反射也可以（在一定波长范围内）进行建设性干涉，从而产生非常高的整体反射率（反射率）。 最简单和最常见的设计是布拉格反射镜，其中所有光学层厚度值仅为设计波长的四分之一。 这种设计导致给定数量的层对和给定材料（假设法向入射）的最高反射率。 也可以设计具有不同波长受控特性的二向色镜。
所用层材料的折射率对比度越高，高反射率所需的层对数量就越少，反射带宽就越高。
更复杂的多层结构设计可用于获得某些功能，例如
- 更宽的反射带宽
- 不同波长范围内所需反射率值的组合
- 特殊偏振特性（用于非正向入射）：薄膜偏振片、偏振和非偏振分束器
- 边缘滤波器，例如长通滤波器、高通滤波器、带通滤波器
- 定制的色散特性（参见色散镜文章）)
所需的薄膜层数在很大程度上取决于所需的功能和涂层材料之间的折射率差。 在某些情况下，很少有层对就足够了，而在其他情况下则需要 100 多个层。
激光的谐振镜几乎总是介电镜，因为此类器件通常可实现>99.9%的非常高的反射率，并且其有限的反射带宽可以很方便，因为它允许泵浦光（在较短的波长）通过谐振器的折叠镜（→二向色镜）传输。 用于激光和反射激光束的介电镜通常称为激光反射镜。
介电镜的一个特征是它们的光学特性在很大程度上取决于入射角。 例如，图1显示了简单布拉格镜在不同入射角下的反射光谱。 该角度越大，反射光谱向较短波长偏移的次数越多。 这主要是因为对于给定波长，垂直于层表面的波矢量分量变小，这可以通过减小波长来补偿[9]。
图1：布拉格反射镜在不同入射角下的反射光谱，从正常入射角（红色）到 60°（蓝色），步长为 10°。
优化的布拉格反射镜，也称为超级反射镜，甚至可以具有更高的反射率 - 在极端情况下，甚至大于99.9999%，例如允许构建具有极高Q因数的光学谐振器（腔）。 这种性能需要高质量的镜面镀膜，具有非常低的吸收和散射，以及层厚度的高均匀性。
由于介电镜通常最多在可见光谱的较小部分提供高反射率，因此它们通常不像家庭中使用的银镜（或其他金属涂层镜）等其他镜子那样出现：介电镜通常对可见光透明，并且闪耀的颜色取决于视角。 甚至很难看出基材的哪一侧有镜面涂层。
介质多层反射镜可以在平面和曲面上制造。 在后一种情况下，镜子正在聚焦或散焦。 例如，曲率半径为R的凹面聚焦焦距为R/2，用于法线入射。 对于小曲率半径（例如低于10毫米），涂层质量在均匀性和稳定性方面可能存在问题。
计算镜像属性
介电多层镜的反射特性（包括色散）可以使用建模软件计算，例如基于矩阵方法，其中每层与 2×2 复矩阵相关联，并且所有矩阵相乘以产生整个层结构的矩阵。 从该矩阵中，可以计算反射波和透射波的复振幅，以及结构内的场分布。 色散特性由复反射系数或透射系数的频率依赖性产生，可以根据菲涅耳方程计算。
当材料吸收时，一些不平凡的数学方面会发挥作用。 问题也可能是获得足够精确的材料数据，特别是对于获得的折射率与制造方法有显着依赖性的材料（见下文）。
在大多数情况下，介电镜内的光学强度太低，无法引起折射率的实质性变化。 然而，在某些特殊情况下，克尔效应变得显著[5，6]。 在这里，可以应用迭代数值程序，其中在每个步骤之后，编码结构的折射率分布根据计算的光学强度更新。
设计介电镜
找到满足某些标准的介电镜设计可能是一项艰巨的任务，例如
- 不同波长的反射率组合
- 非常宽广的反射范围
- 防反射特性
- 某些偏振特性（用于非正向入射；→薄膜偏振片)
- 一定的色散分布
- 对生长误差的敏感性最低
这种介电镜设计通常只能通过使用数值优化算法来找到，尽管分析设计策略对于某些设计目标（例如色散镜的啁啾镜设计）是已知的。 技术挑战来自搜索参数空间的高维性，以及难以找到全局最优的无数局部最优。 高效的优化需要先进的镜面设计软件，该软件具有使用蒙特卡罗方法进行高效多维优化、定义复杂的品质因数函数（还考虑对生长误差的敏感性）等功能。
除了技术优化问题之外，当然还有根本的局限性。 在许多情况下，设计涉及在获得的光学特性、所需的层数和所需的生长精度之间进行折衷。
有关介电镜制造的详细信息，请参阅有关介电镀膜的文章。
长波长
介电镜主要用于可见光、紫外和近红外光谱区域。 对于相当长的波长辐射，例如 10.6 μm 的CO2激光器，由于缺乏合适的介电材料，很难制造出性能良好的介电镜。 请注意，这些不仅需要表现出足够小的吸收，而且还必须适合在镜子上受控沉积。 因此，金属涂层反射镜代替介电反射镜被广泛用于红外光学。
参考文献
[1] J. A. Dobrowolski and D. G. Lowe, “Optical thin film synthesis program based on the use of Fourier transforms”, Appl. Opt. 17 (19), 3039 (1978), doi:10.1364/AO.17.003039
[2] J. A. Dobrowolski and R. A. Kemp, “Refinement of optical multilayer systems with different optimization procedures”, Appl. Opt. 29 (19), 2876 (1990), doi:10.1364/AO.29.002876
[3] A. V. Tikhonravov et al., “Application of the needle optimization technique to the design of optical coatings”, Appl. Opt. 35 (28), 5493 (1996), doi:10.1364/AO.35.005493
[4] A. V. Tikhonravov et al., “Phase properties of multilayers”, Appl. Opt. 36 (19), 4382 (1997), doi:10.1364/AO.36.004382
[5] E. Fedulova et al., “Kerr effect in multilayer dielectric coatings”, Opt. Express 24 (19), 21802 (2016), doi:10.1364/OE.24.021802
[6] T. Amotchkina, M. Trubetskov and V. Pervak, “Experimental and numerical study of the nonlinear response of optical multilayers”, Opt. Express 25 (11), 12675 (2017), doi:10.1364/OE.25.012675
[7] A. Thelen, Design of Optical Interference Coatings, McGraw–Hill (1989)
[8] N. Kaiser (ed.), Optical Interference Coatings, Springer, Berlin (2003)
[9] R. Paschotta, “Reflection spectrum of tilted dielectric mirror”, The Photonics Spotlight 2006-11-02
