一文看懂什么是反射镜-电子发烧友网

反射镜是日常生活中最常见的器件，也是光学系统中最常用的光学元件之一。小到手机的镜头组光路，大到光刻机的内部光路，都能看到反射镜的身影。

时至今日，还忘不了人教版语文教材二年级下册第30课的一篇课文——《爱迪生救妈妈》，故事描述的是美国著名发明家爱迪生在7岁时，用自己的智慧想出了拿镜子聚光的办法，成功让医生帮妈妈做了阑尾炎手术，挽救了妈妈的生命。当时无不感慨爱迪生的聪明才智。

后经多方考证该故事可能为虚构的童话故事，不过故事内的光学知识却是真实存在的。今天就来说一说反射镜！

反射镜起源于公元前2000年的古埃及时期，古埃及人使用铜或黄铜经打磨抛光后制成光滑表面的金属反射镜片，可以反射出人的影像。随着科技的发展，反射镜的材质和制作工艺也在不断改进，使得反射镜的反射效果越来越优越，使其能更好地服务于人类生活和科研。

反射镜利用反射原理来改变光的方向、聚焦光和发散光。根据形状的不同，反射镜可分为平面反射镜、球面反射镜和非球面反射镜三种；按照材质不同，反射镜可以分为金属反射镜、介质膜反射镜和复合反射镜。这些不同类型的反射镜在各种应用中发挥着重要作用。

光学反射镜的反射表面并不是始终一致，可能会受到环境条件的影响。因此，实际应用时应该全方面去进行考察，根据应用环境考虑反射镜的耐久性和抗损伤性，以及特定波长下的反射率。本文将介绍反射镜分类及常见应用，方便读者做对比参考。

1.平面反射镜

平面反射镜是指反射面为平面的反射镜，称平面反射镜。反射面可以是前表面，也可以是后表面。

在实际的应用时，前后表面的反射镜各有优劣。前表面为反射面的反射镜具有较高的反射率，不会造成图像的失真和重影，但是反射涂层容易受到划伤和氧化，使用时间长后会影响反射率和成像质量；后表面为反射面的反射镜因为膜层在后面，所以基底材料成为了反射膜的保护层，避免了反射涂层的划伤和氧化。但是在实际使用时，反射光线会先经过基底材料然后才能到达反射涂层，在这个过程中入射光受基底材料的影响，造成不同的波长在不同的角度折射。另外，基底材料会发生菲涅尔反射，这会导致每个界面的反射损失约占4％，成像时会呈现鬼影。

图5 第一表面镀膜

图6 第二表面镀膜

日常生活中用的镜子，其反射面是后表面，而用于重要技术上的反射镜，大多数的反射面是前表面。

光学中平面反射镜是唯一能成完善像的光学元件，它不改变光束的同心性质，经平面镜反射后，发散的同心光束仍是发散的同心光束，会聚的同心光束仍是会聚的同心光束。它是光学系统中改变光路传输的重要元件，可以将长光路在有限空间内合理分布。

图7 反射镜转折光路

2.球面反射镜

球面反射镜是指反射面是球面的反射镜，根据反光面的凹凸，分成凹面镜和凸面镜两种。两者的第一焦点都和第二焦点重合，凹面镜的焦点是实的，凸面镜的焦点是虚的。凹面镜常用来聚光或成像，如幻灯机和放映机用它作聚光镜，一些反射式的望远镜用它作物镜。由于物在凸面镜前任何位置，所得到的都是缩小正立的虚像，所以凸面镜常用作汽车上的观察镜。

图8 球面反射镜

图9 球面反射镜的应用

3.非球面反射镜

非球面反射镜有抛物面镜、双曲面镜、椭球面镜、锥面和柱面反射镜等。平行光轴的光束经抛物面镜反射后会聚于抛物面的焦点，可在反射式天文望远镜中做物镜，使遥远的星体成像于焦点处。反之由焦点发出的光束经抛物面镜反射后形成平行光束，可用于做探照灯。双曲面镜和椭球面镜常用于某些特殊的光学系统中，以简化结构和改进成像质量。

图10 非球面反射镜

4.金属反射镜

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，其在宽谱范围内具有较高的反射率，非常适用于宽谱光源光路偏转。制造时为防止金属涂层氧化和被刮蹭后影响光学性能，金属膜反射镜一般在其表面镀一层二氧化硅保护膜。带保护涂层的反射镜比无涂层的更加耐磨，而且比介质膜反射镜更加灵敏。

金属涂层需要置于基底之上，通常基底为玻璃或者金属。常见的金属涂层包含铝，银和金。铝涂层的反射镜通常用于可见光和紫外光区域；银涂层的反射镜适合的波长范围为500nm到20μm。由于银损耗小，因此其损伤阈值大于铝涂层；金涂层的反射镜只能用到600nm或更长波长的情况，可以达到大于95%的反射率。在700-2000 nm波长范围内，如果采用有保护膜的金反射镜可以达到平均97%的反射率。因为金不易被氧化，有时会采用无保护的金反射镜，是为了避免保护涂层中的色散。另外，镀金的反射镜可用于高功率红外激光器，如二氧化碳激光器，因为金具有很高的热导率，可以承担很高的热效应。

5.介质膜反射镜

介质膜反射镜是在光学元件表面镀多层介质膜，使得某一波段干涉叠加，从而增强反射率。介质膜的反射率较高，可在宽波长谱区使用，膜层没有对光的吸收，同时膜层较硬不易受损，适用于多波长激光的光学系统。但是该类反射镜膜层较厚，角度敏感，成本较高。