Общий обзор и руководство по выбору различных типов зеркал
2025-08-12
Как известно, зеркало — это оптический элемент, работающий на основе закона отражения. Его поверхность обычно покрыта металлической или диэлектрической пленкой. Ниже мы представим краткий обзор распространенных типов металлических и диэлектрических покрытий GIAI, а также руководство по их выбору для обучения и обмена опытом!
Металлические зеркала изготавливаются путем вакуумного напыления металла на высокополированную подложку, после чего наносится слой монооксида кремния или фторида магния. В особых случаях, когда металл может вызывать потери или окисляться в специфических условиях, их заменяют многослойными диэлектрическими зеркалами. Как правило, коэффициент отражения металлических пленок нечувствителен к углу падения.
В отличие от металлических, коэффициент отражения диэлектрических пленок в значительной степени зависит от угла падения. При большом отклонении угла коэффициент отражения может существенно измениться. Например, для диэлектрического зеркала с номинальным углом падения 45° рабочий диапазон обычно составляет 45±3°; при выходе за пределы этого диапазона коэффициент отражения значительно изменится. Кроме того, существуют диэлектрические пленки с диапазоном угла падения 0~45°, однако следует учитывать, что при изменении угла падения кривая отражения будет смещаться.
Характеристики и применение различных типов зеркал
| Тип покрытия | Характеристики | Применение |
| Металлическая пленка (Золото, Серебро, Алюминий) |
Алюминиевая пленка: Экономична. Может использоваться в широком спектральном диапазоне. Может использоваться при любых углах падения. В пленке присутствует поглощение, коэффициент отражения немного снижен. Легко повреждается (золотая пленка без защиты). |
Простые оптические системы. Оптические системы с лазерами низкой мощности. Системы освещения белым светом или системы визуализации. Инфракрасные оптические системы (золотые зеркала). |
| Широкополосное многослойное диэлектрическое покрытие | Высокий коэффициент отражения. Может использоваться в широком спектральном диапазоне. Отсутствует поглощение света в пленке. Покрытие твердое, устойчиво к повреждениям. |
Прецизионные оптические системы (для слабого света или систем с низкими потерями). Лазерные оптические системы мощностью до 1 W. Оптические системы с многоволновыми лазерами. |
| Многослойное диэлектрическое покрытие для лазеров | Очень высокий коэффициент отражения, минимальные потери. Отсутствует поглощение света, очень высокий порог лазерного повреждения. Устойчиво к повреждениям. Узкий диапазон длин волн, используется при угле падения 45°. |
Оптические системы с использованием лазеров. Оптические системы с мощными лазерами. |
Алюминиевые зеркала (Al) Алюминиевые зеркала подразделяются на зеркала с покрытием из чистого алюминия и зеркала с защищенным алюминиевым покрытием. Защищенное алюминиевое зеркало имеет дополнительный слой MgF₂ или SiO₂ поверх алюминия для защиты от царапин и окисления. Они обладают высоким коэффициентом отражения при любых углах падения и могут использоваться как зеркала для ультрафиолетового, видимого и ближнего инфракрасного диапазонов. Стандартный коэффициент отражения алюминиевой пленки обычно указывается как среднее значение в видимом диапазоне.
Золотые зеркала (Au) Зеркала с золотым покрытием обладают высоким коэффициентом отражения и могут использоваться в широком спектральном диапазоне ближнего ИК и ИК излучения. Для улучшения адгезии золотой пленки наносится очень тонкий подслой хрома. Золотое покрытие на кремниевой (Si) подложке обладает очень сильной адгезией, высоким коэффициентом теплопроводности, а термостойкость такой подложки значительно лучше, чем у стеклянной. Поскольку используется золото, коэффициент отражения и его спектральная характеристика не претерпевают значительных изменений в зависимости от угла падения. В ИК-диапазоне такие зеркала имеют очень высокий коэффициент отражения; свет, который не отразился, полностью поглощается пленкой и не проходит сквозь нее.
Внимание: В условиях высокоэнергетических лазеров использование кремния или германия в качестве материала подложки для золотых зеркал улучшает теплоотвод. При необходимости в процессе эксплуатации следует добавить устройства теплоотвода для усиления охлаждения подложки. Золотая пленка достаточно мягкая, категорически запрещается протирать ее бумагой или тканью, так как контакт может повредить покрытие. Для очистки поверхности пленки используйте баллон со сжатым воздухом. Коэффициент отражения в технических характеристиках выражается как среднее значение отражения для P-поляризации и S-поляризации.
Серебряные зеркала (Ag) Зеркала с серебряным покрытием обладают высоким средним коэффициентом отражения в диапазоне от видимого света до ближнего ИК. На серебряную пленку наносится защитный слой, предотвращающий окисление и продлевающий срок службы. По сравнению с алюминиевыми зеркалами, они имеют более высокий коэффициент отражения в видимом и ближнем ИК диапазонах. По сравнению с диэлектрическими зеркалами, коэффициент отражения серебряных зеркал гораздо меньше зависит от угла падения, что позволяет использовать их при различных углах. Благодаря защитному покрытию их сложнее поцарапать при протирке тканью.
Внимание: При длительном хранении используйте поглотители кислорода и другие средства для предотвращения окисления серебряной пленки. Если предполагается многократное отражение с использованием нескольких зеркал, рекомендуется выбирать многослойные диэлектрические зеркала. Коэффициент отражения в технических характеристиках выражается как среднее значение отражения для P-поляризации и S-поляризации. Коэффициент отражения варьируется в зависимости от состояния поляризации падающего света.
Широкополосные диэлектрические зеркала Эти зеркала обладают высоким коэффициентом отражения в широком диапазоне длин волн и подходят для перестраиваемых лазеров и белого света. Диэлектрические зеркала чувствительны к углу падения; если не указано иное, угол падения по умолчанию составляет 45°. Диэлектрическая пленка практически не имеет поглощения и может выдерживать непрерывное лазерное облучение.
Внимание: Поскольку это многослойная диэлектрическая пленка, спектральная характеристика отражения изменяется в зависимости от состояния поляризации падающего пучка. По сравнению с S-поляризацией, для P-поляризации коэффициент отражения ниже, а спектральная область отражения уже. Хотя зеркальная поверхность имеет металлический блеск, металлические материалы не используются, поэтому будьте внимательны, не путайте их с металлическими зеркалами. Коэффициент отражения в технических характеристиках выражается как среднее значение отражения для P-поляризации и S-поляризации.
Многослойные диэлектрические зеркала для лазеров На высокополированную подложку из плавленого кварца или кремния методом вакуумного напыления попеременно наносятся от десятков до сотен слоев прозрачных диэлектрических пленок (обычно комбинация материалов с высоким показателем преломления, таких как диоксид титана/пентаоксид тантала, и материалов с низким показателем преломления, таких как диоксид кремния). Оптическая толщина каждого слоя точно контролируется и составляет четверть длины волны лазера. Такая структура использует принцип интерференции света для достижения сверхвысокого коэффициента отражения на заданной длине волны лазера (например, 1064 nm, 532 nm и т.д.), обладая при этом чрезвычайно низкими потерями на поглощение. Характеристики отражения (центральная длина волны, ширина полосы) изменяются в зависимости от угла падения и состояния поляризации.
