多层电介质膜反射镜与金属反射镜的原理与优缺点，金属反射镜与多层电介质膜反射镜种类对比

许多客户在初次接触光学系统中的反射镜时，常常被其繁多的种类弄得眼花缭乱，选型时也容易犯难：到底哪类反射镜适合我的实验？我的选择是否正确？针对这些常见困惑，西格玛光机特地撰写了这篇文章。我们将从金属反射镜和多层电介质膜反射镜的对比切入，用简明易懂的方式讲解反射镜的原理和选型思路。希望读完后，您能对反射镜有一个清晰的基础认知。

光学系统中使用的反射镜种类主要分为两大类：金属反射镜与多层电介质膜反射镜。金属反射镜是在玻璃基底上镀覆高反射率金属膜的反射镜。金属反射镜包含铝反射镜、金反射镜、银反射镜等多种类型，本文将以最常用的铝平面反射镜为例进行说明。

图1. 金属反射镜与多层电介质膜反射镜的外观对比

铝平面反射镜价格便宜、规格丰富，拥有多种尺寸与外形。在做非激光类光学实验时，选用铝平面反射镜基本不会有问题。但铝膜反射率仅约90%，存在一定的光吸收。大多数情况下该损耗可以忽略，但在反射镜多次折返、光路来回穿梭的光学系统中，这类光损耗将无法忽视。例如：使用反射率90%的反射镜完成5次反射后，出射光量仅剩余初始光强的约60%。

金属反射镜的另一项缺点：与玻璃相比，金属膜表面极易划伤。随意触碰镜面会造成大面积划痕，进而引发光量损耗、光衍射等问题，对实验结果造成不良影响。

因此，西格玛光机的金属反射镜均可选配带有SiO₂、MgF₂保护膜的款式。（若无特殊指定「无保护膜TFAN系列」，默认供货为带保护膜款反射镜「TFA系列」。）即便带有保护膜，也严禁使用纸张用力擦拭金属反射镜镜面（可参考我司推荐的光学元件清洁方法）。由于底层基材为质地柔软的金属，大力按压擦拭保护膜，依旧会产生划痕状纹路。所以我们建议金属反射镜在表面污渍、划痕明显时，直接更换新品。

若实验使用特定波长的激光，推荐选用多层电介质膜反射镜。

多层电介质膜反射镜的价格高于铝平面反射镜，但反射率可达99%以上，且镜面硬度极高；使用浸润酒精的无尘纸擦拭也不易划伤，使用寿命更长，同时可对应不同激光波长提供专用型号。激光相较于普通光线拥有极高的能量密度（功率密度），长期使用细光束照射时，存在光吸收的铝平面反射镜，会比多层电介质膜反射镜更快老化劣化。

但多层电介质膜反射镜也存在劣势：铝平面反射镜的反射率几乎不受光线入射方向影响；而部分多层电介质膜反射镜设有固定使用入射角，若偏离指定角度使用，将无法达到标称反射率指标。（另有0°–45°通用型多层电介质膜平面反射镜「TFVM」，可在该角度范围内正常使用。）若需要45°以上大角度入射光路，选用铝平面反射镜会更为合适。

多层电介质膜反射镜的另一短板：常规成品的尺寸、外形选择较少。但西格玛光机可提供定制服务：采用铝反射镜通用规格的玻璃基底，在定制基底上镀制指定规格的电介质多层膜，按需加工为成品反射镜。（定制价格与交期，请联系我司销售进行咨询。）

多层电介质膜反射镜与金属反射镜，二者的反射原理完全不同。

什么是电介质？

金属属于可导电的导体；无法导电的物质，统称为绝缘体、带电体或电介质。不具备导电性，代表其容易积聚静电，或是在外加电压作用下产生反向电位。玻璃、透明氧化物晶体等，都属于典型的电介质材料。

在透明玻璃基底上镀制透明薄膜，为何能实现99%以上的高反射率？

在玻璃基底上镀制折射率不同的电介质薄膜时，膜层与玻璃的界面会产生反射，但单层界面的反射率仅有百分之几至十几，反射效率很低。因此行业会将低折射率膜与高折射率膜交替堆叠，以此增加反射界面数量。

仅单纯增加界面层数，只会让反射率趋于平均，无法实现高反射。通过精密控制膜厚，使每层薄膜的厚度对应工作波长的1/4，就能让所有界面的反射光相位（波前）保持一致、同向叠加增强；反之，透射光路中，透射光与膜层内偶数次反射光发生相位反转，相位相反的光线相互抵消，透射光强大幅衰减。

当镀膜层数达到数十层时，整体反射率即可提升至99%以上。

图2.多层电介质膜反射镜的原理

这类高精度多层镀膜，需要使用真空蒸镀设备进行制备。在大型真空腔体上部排布玻璃基底，将腔体内抽至高真空环境；对镀膜原材料进行加热，使其高温气化，气态镀膜材料均匀附着在玻璃基底表面；通过遮蔽挡板的开合时长，精准控制镀膜厚度：挡板开启时间越长，膜层越厚；开启时间越短，膜层越薄。

依次加热多种镀膜材料、切换挡板开合顺序，即可在玻璃基底上交替堆叠多层膜。多层镀膜工序耗时较长，但设备支持全自动控制挡板运作，镀膜过程无需人工干预。

图3. 真空蒸镀设备的外观

 通过更换镀膜材质、单独设定每层膜厚，便可制作适配各类不同波长的多层电介质膜反射镜。不仅可以匹配单一波长，通过前期膜系结构设计，还可制作具备各类光学特性的反射镜、滤光片等元件。例如：可同时反射1064nm、532nm双波长的反射镜「TFMMW-532/1064」、透过1064nm、反射532nm的分光反射镜「YHS-532」等。

图5. 各类反射镜的反射率曲线

依托薄膜设计技术与真空蒸镀工艺相结合，多层电介质膜结构不仅可以实现基础的反射、透射功能，更能开发出具备全新功能、各类高性能的光学元器件。

随着激光技术不断进步，匹配激光波长峰值的多层电介质膜反射镜应运而生，极大推动了激光技术的发展。同时，随着激光应用场景不断拓展，反射镜的各项规格要求也愈发多样化。宽带激光的发展催生了超宽带反射镜，高功率激光的普及推动了高耐损伤反射镜的研发，持续为光学前沿研究提供支撑。

直至如今，为探索光学领域更多未知可能，业内仍在伴随激光技术的革新，持续研发全新结构的反射镜产品。

希望西格玛光机的这篇介绍反射镜的原理和反射镜种类的文章能够帮助大家积累光学基础知识、助力科研实验与日常应用。