定義:
包含多層不同透明光學(xué)材料的反射鏡。
電介質(zhì)反射鏡是采用了多層不同(通常是兩種)透明光學(xué)材料得到的反射鏡(參閱電介質(zhì)涂層,薄膜涂層,干涉型涂層)。盡管兩材料界面處的菲涅爾反射系數(shù)很?。ㄓ捎谡凵渎什顒e很?。嵌鄠€(gè)界面處的反射會(huì)發(fā)生相長(zhǎng)干涉(在某一波長(zhǎng)范圍),可以實(shí)現(xiàn)很高的反射率。簡(jiǎn)單和常見(jiàn)的設(shè)計(jì)是布拉格反射鏡,其中所有的光學(xué)材料層的厚度只有設(shè)計(jì)波長(zhǎng)的四分之一。這種設(shè)計(jì)在給定層數(shù)和給定材料的情況下,能夠得到最高的反射率。也可以設(shè)計(jì)對(duì)于不同波長(zhǎng)具有可控制的反射性質(zhì)的二色性反射鏡。
采用更加復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以得到一些特定的功能,例如
反射帶寬更寬
不同波長(zhǎng)范圍具有不同的反射率值
特定的偏振性質(zhì)(非垂直入射):薄膜偏振片,偏振分束器,非偏振分束器
邊緣濾波器,例如,長(zhǎng)波通濾波器,高通濾波器,帶通濾波器
特制的色散性質(zhì)(例如,參閱詞條啁啾反射鏡)
薄膜層的數(shù)目與需要的功能和涂層材料之間的折射率差密切相關(guān)。有些情況下,只需要采用較少的薄層即可,也有的情況需要大于100層介質(zhì)。
激光器的諧振腔反射鏡基本上都是電介質(zhì)反射鏡,可以實(shí)現(xiàn)非常高的反射率,能夠>99.9%,并且其有限的反射帶寬有利于通過(guò)諧振腔的折疊式反射鏡使泵浦光通過(guò)(參閱二色性反射鏡)??紤]到該用途,二色性反射鏡也稱(chēng)為激光反射鏡。
優(yōu)化的布拉格反射鏡也稱(chēng)為超反射鏡,具有更高的反射率,極限情況下甚至高于99.9999%,可以制作Q因子很高的光學(xué)諧振腔。
電介質(zhì)反射鏡通常只能在可見(jiàn)光很小的光譜范圍內(nèi)具有很高的反射率,而不是像其他反射鏡(如銀反射鏡)一樣用于家用:電介質(zhì)反射鏡對(duì)可見(jiàn)光是透明的,并且根據(jù)視角不同顯示不同的顏色。也很難確定應(yīng)該在襯底的哪一側(cè)涂覆反射鏡涂層。
電介質(zhì)多層反射鏡可以制作在平面和曲面上。后者情況下,反射鏡用來(lái)聚焦或散焦。例如,曲率半徑為R的凹面鏡,在正入射時(shí)焦距為R/2。曲率半徑較小時(shí)(例如,小于10 mm),涂層的均勻性和穩(wěn)定性非常重要。
計(jì)算反射鏡性質(zhì)
多層介質(zhì)反射鏡的反射性質(zhì)(包括色散)可以采用基于矩陣方法的模型軟件進(jìn)行計(jì)算,這時(shí)每一層介質(zhì)都可以看做2*2的復(fù)數(shù)矩陣,然后所有的矩陣相乘就可以得到整個(gè)層狀結(jié)構(gòu)的矩陣。通過(guò)該矩陣,可以計(jì)算反射和透射波的復(fù)振幅,以及結(jié)構(gòu)中的場(chǎng)分布。色散來(lái)自于復(fù)數(shù)反射系數(shù)和復(fù)數(shù)透射系數(shù)隨頻率的變化,它也可以根據(jù)菲涅爾方程計(jì)算得到。
如果材料存在吸收時(shí),需要考慮很多復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)題。如何精確獲取材料的數(shù)據(jù)就是一個(gè)問(wèn)題,尤其是材料的折射率與制備方法有很大關(guān)系的情況下。
通常來(lái)講,隨著入射角度的增加,反射光譜會(huì)向更短波長(zhǎng)處移動(dòng),這時(shí)因?yàn)椴ㄊ冈诖怪庇诜瓷溏R表面方向上的投影會(huì)減小。
設(shè)計(jì)電介質(zhì)反射鏡
有時(shí)設(shè)計(jì)電介質(zhì)反射鏡符合特定的標(biāo)準(zhǔn)很困難,例如:
在不同波長(zhǎng)處反射率不同
很寬的反射范圍
抗反射性質(zhì)
特定的偏振性質(zhì)(非垂直入射,可參閱薄膜偏振片)
特定的色散曲線
對(duì)生長(zhǎng)誤差不敏感
符合這些要求的電介質(zhì)反射鏡只能采用數(shù)值優(yōu)化算法進(jìn)行設(shè)計(jì),當(dāng)然也有一些分析設(shè)計(jì)方法可以滿足某些設(shè)計(jì)目標(biāo)(例如,啁啾反射鏡用作色散反射鏡)。由于設(shè)計(jì)的參數(shù)很多,因此算法存在技術(shù)難度,并且存在很多的局部最大值導(dǎo)致很難找到總體的峰值。因此有效的優(yōu)化過(guò)程需要先進(jìn)的反射鏡設(shè)計(jì)軟件,可以通過(guò)采用蒙特卡洛方法、定義多個(gè)復(fù)雜的方程(將生長(zhǎng)誤差考慮在內(nèi))來(lái)進(jìn)行有效的多維優(yōu)化過(guò)程。
除了技術(shù)上的優(yōu)化問(wèn)題之外,還有其它的限制因素。大多數(shù)情況下,設(shè)計(jì)需要權(quán)衡所得到的光學(xué)性質(zhì)、所需的層數(shù)和生長(zhǎng)精度。
更詳細(xì)的電介質(zhì)反射鏡制備方法,可參閱詞條電介質(zhì)涂層。
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