光學稜鏡廠家帶你了解常見的光學鏡及其應用場景

Mondo 科技 更新 2024-02-16

鏡子是一種基於反射定律工作的光學元件,主要用於光束重定向、干涉測量、成像或照明等。 反射鏡的特性取決於光學鍍膜、基材和表面質量。 標準工藝是塗覆高度拋光的基板材料,所生產的光學鏡的效能因基板材料以及用於塗層的材料和工藝而異。 常見的基板材料有N-BK7光學玻璃、熔融石英、浮法玻璃等。 光學鍍膜決定了反射鏡的反射率和穩定性,是反射鏡最關鍵的部件,鏡膜通常由金屬或介電材料製成。

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; 按反射程度可分為全反射鏡和半反射鏡(又稱分束鏡)。 我們將簡要介紹金屬膜反射鏡和介電膜反射鏡這兩種主要型別,今天我們將主要談談金屬薄膜反射鏡。

介電常數的實部對應於光傳播過程中電場振幅的比例,而虛部對應於光的能量損失。 金屬的介電常數可以用 Drude 色散模型來描述,也稱為自由電子氣體模型。 根據德魯德色散模型,金屬的相對介電常數為:電子速度的衰減常數,入射光的頻率,自由電子形成的等離子體的振盪固有角頻率,可以表示為電子的電荷,電子的密度, 真空中的介電常數和電子的質量。實部和虛部分別為:金屬的複折射率可以表示為:其中,實部是金屬的折射率,由光波在吸收介質中的傳播速度決定; 虛部決定了光波在金屬中傳播時的衰減(光能的吸收),稱為消光係數,一般金屬膜的消光係數較大。 當光束從空氣入射到金屬表面時,進入金屬的光的振幅迅速衰減,使進入金屬的光能相應減小,反射光能增加。 同時,消光係數越大,光能吸收到金屬中就越大,導致反射率降低,這也是金屬反射鏡被吸收的原因。 通常選擇消光係數大、光學效能穩定的金屬作為金屬膜材料。

圖1 金屬反射鏡的示意圖。

金屬膜鏡,即在基板上塗覆一層金屬膜,實現光的反射。 金屬薄膜具有非常寬的反射帶,但通常伴隨著一些光吸收。 市場上光學金屬膜鏡最多,主要是鋁膜鏡、金膜鏡和銀膜鏡。 1.鋁膜鏡一般是在高精度拋光的平面基板上蒸發的,這種鏡子的使用不受光線入射角的限制。 根據實際使用場景,鋁膜鏡面在生產中會做細微的調整,例如:只蒸發鋁膜,塗上保護膜以防止損壞,塗上保護膜以提高紫外波段的反射率,並在平行平面基板上塗上保護膜。 從紫外線到紅外波長,它具有相對較高的反射率(>90%),與其他金屬材料相比,光學塗層相對較強。 JCOPTIX為鋁薄膜提供了在450-700nm波長範圍內反射率大於93%的保護層,如圖2所示。 此外,JCOPTIX 還提供紫外線增強型平面凹面鋁反射鏡,在 250 - 600 nm 的工作波長範圍內反射率大於 90%。

圖2 鋁膜鏡。

2.金膜鏡金膜鏡一般用於近紅外和紅外寬光譜區域,在製備金膜鏡時選用導熱係數高、金膜附著力強、耐熱性好的矽基基板或浮法玻璃。 在實際使用過程中,金膜對紅外光和近紅外光的反射率很高,沒有反射的光會被金膜吸收,不會穿過基板,金膜鏡的強度和穩定性優於銀膜鏡。 南陽精亮光電 JCOPTIX 提供帶保護層覆蓋的金膜,波長為 650 nm - 20在0m工作波長範圍內,平均反射率大於96%,有不同尺寸的圓形和方形鏡可供選擇。

圖3 金膜鏡。

3.銀膜鏡子。

銀膜從可見光到紅外波長都具有良好的反射率。 與鋁膜反射鏡相比,銀膜反射鏡在可見光到紅外波段具有更高的反射率; 與介電薄膜反射鏡相比,它們不受光入射角的影響。 銀膜與光學玻璃基板的附著力較差,製備時會在銀膜上塗上保護膜,以延緩銀膜的氧化,增加其使用壽命。

圖4 銀膜鏡。

JCOPTIX 提供具有 450 nm - 20 奈米二氧化矽保護層的銀膜反射鏡在0 m工作波長範圍內,平均反射率大於96%,並提供圓形、方形和D形反射鏡。 JCOPTIX 還提供帶有斜面銀塗層的直角稜鏡,在 450 - 2000 nm 的波長範圍內平均反射率大於 975、在2-20m波長範圍內平均反射率大於96%; 它在工作波長範圍內具有非常低的固有群延遲色散 (GDD),使其成為重定向飛秒雷射器的理想選擇。

圖5 銀膜直角稜鏡。

金屬膜反射鏡經濟實惠,可以在廣泛的波長範圍和各種入射角下使用,但金屬膜容易因吸收而損壞,反射率略有降低,因此清潔時必須特別小心。 金屬薄膜反射鏡主要用於簡單的光學系統、使用低輸出雷射器的光學系統、白光照明系統或成像系統、紅外光學系統(金膜反射鏡)。 對於實際使用場景,金屬膜鏡按形狀可分為平面鏡、球面鏡和非球面鏡。 平面鏡,即反射面是平坦的,反射面可以是前面,也可以是後面; 球面鏡,即反射光源的一面是球面的,分為凸面和凹面兩種,平行的入射光線可以通過球面反射會聚到一點; 非球面反射鏡,即具有非平面和非球面表面的反射鏡,其中最常用的是拋物面反射鏡、雙曲面反射鏡和橢球面反射鏡。

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