金属反射镜

2021-02-23 15:15:09 浏览:531

定义

反射镜的反射是由金属涂层引起的。

金属反射镜是采用薄的金属涂层得到的反射镜,金属涂层可由蒸镀技术或者溅射技术制作。金属涂层至于沉底之上,通常为玻璃或者金属。常见的金属涂层包含铝,银或金;铜,铬或其它镍铬合金不常用。

金属涂层上面通常会涂覆一层或者多层薄的介质材料,例如非晶态二氧化硅(SiO2)或者氮化硅(Si3N4),材料是用来保护金属涂层避免被氧化或刮蹭。这些保护涂层比无涂层的更加耐磨,而且比介质反射镜更加灵敏。在金属与光学器件接触面需要仔细清洗。而且金属反射镜对湿度和腐蚀气体很敏感。

采用多层保护涂层也可以增强反射率,这得到增强金属涂层。这时金属介质涂层不仅具有金属反射镜的大带宽,而且还具有介质反射镜很高的反射率和损伤阈值。

宽带,低色散

金属反射镜优于介质反射镜的很大一方面在于其反射率在很大的光谱范围内都是相同的,并且与入射角和偏振态无关。并且,金属反射镜制作简单,相对便宜。因此,普通反射镜都是采用金属反射镜。有时很宽带宽的超短脉冲也需要采用金属反射镜,因为介质反射镜很难得到足够的反射带宽(尽管目前啁啾介质反射镜已经具有很大的带宽了)。另外,金属反射镜的色散(chromatic dispersion)也很弱,反射相移与波长的相关性很小。介质反射镜可以工作于长红外波长处,例如,可达20微米。在该波长区域,介质反射镜很难工作,以为介质对该波长的光有很强的吸收。

有限的反射率

与介质反射镜相比,金属反射镜的一个缺点就是其反射损耗很大。这是其材料的特性,因为金属不可避免的会吸收一些入射光(即使金属很纯)。因此得到的反射率是有限的,例如,银反射镜可达到98%。另一个后果就是较低的光学损伤阈值:由于吸收的光会产生热,而这些热储存在很薄的涂层中很容易使其损坏。不管是用平均功率表示还是峰值功率表示,其损伤阈值都比较低。如果平均功率很高,存在显著的热透镜,即使在低于损伤阈值时热效应也会引起光束畸变。

采用多层介质涂层可以减小反射损耗。这些涂层也相应的能够提高光学损伤阈值。例如,增强银反射镜对于1064nm YAG激光器产生的纳秒脉冲的损伤阈值为几J/cm2,而一个简单的银反射镜则只有0.5J/cm2(铝的更小)。介质反射镜则可以承担几十J/cm2

部分透射镜

可以把金属涂层制作的非常薄来得到部分的透明度。但是,这种情况下损耗很大,因此反射率和折射率之和小于1.在这种情况下一般采用介质反射镜,但是当需要工作带宽很大并且允许较高的功率损耗时,可以采用部分透射金属反射镜。

常用材料

铝涂层通常用于可见光和紫外光区域,反射镜在可见光区域可大于90%,而在紫外区域则小于90%。

银涂层适合的波长范围为500 nm到20 微米。由于银损耗小,因此其损伤阈值大于铝涂层。

金反射镜也是类似的,但是只能用到600nm或更长波长的情况。可以达到大于95%(有时在99%附近)的反射率。在700-2000 nm波长范围内,如果采用保护的金反射镜可以得到平均反射率为97%。有时采用无保护的金反射镜,为了避免保护涂层中的色散;因为金不易被氧化。

镀金铜反射镜(有时由电化学方法制备)可用于高功率红外激光器,如二氧化碳激光器。由于金和铜具有很高的热导率,可以承担很高的热效应。

第一表面金属反射镜与第二表面金属反射镜

第一表面金属反射镜中,反射涂层在入射光的一侧。光穿过涂层,但是不会到达沉底。

第二表面金属反射镜的反射涂层在沉底的另一侧,因此可以更好的保护涂层。光在反射前和反射后都会穿过衬底。这种反射镜在家庭应用中更常见。技术上应用时,第一表面上的菲涅尔反射会出现问题(例如会产生鬼影,功率损耗),有时玻璃的色散(chromatic dispersion)也是一个问题。

参阅:激光反射镜、介质反射镜、色散

光学器件

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