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        鍍金球面反射鏡

        產品簡介

            球面反射鏡(sphericalmirror)是指反射面是球面的反射鏡,分成凹面鏡和凸面鏡兩種。

            根據受光面的凹凸,分成凹面鏡和凸面鏡兩種,兩者的第一焦點都和第二焦點重合,凹面鏡中焦點是實的。凸面鏡中焦點是虛的。其成像公式是:si為像距,so為物距,r為曲率半徑,三個量各以球面頂點為起點。凹面鏡常用來聚光或成像,如幻燈機和放映機用它作聚光鏡,一些反射式的望遠鏡用它作物鏡。由于物在凸面鏡前任何位置,所得到的都是縮小正立的虛像,所以凸面鏡常用作汽車上的觀察鏡。

            兩種介質的分界面為球面的一部分,物光線經界面反射成像,這就是球面反射成像。 在球面上鍍以高反射率的膜,制成球面鏡,其成像也是球面反射成像。

        注:光學產品多為定制加工,具體規格請咨詢客服。



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        產品型號產品介紹加工設備技術解答

        2球面反射鏡


        鍍膜類型反射膜



        生長車間生長車間13文字切割1130銑磨車間4拋光車間標題22444鍍膜車間標題114非球車間12干涉儀340

        球面

            球面反射鏡(sphericalmirror)是指反射面是球面的反射鏡,分成凹面鏡和凸面鏡兩種。

            根據受光面的凹凸,分成凹面鏡和凸面鏡兩種,兩者的第一焦點都和第二焦點重合,凹面鏡中焦點是實的。凸面鏡中焦點是虛的。其成像公式是:si為像距,so為物距,r為曲率半徑,三個量各以球面頂點為起點。凹面鏡常用來聚光或成像,如幻燈機和放映機用它作聚光鏡,一些反射式的望遠鏡用它作物鏡。由于物在凸面鏡前任何位置,所得到的都是縮小正立的虛像,所以凸面鏡常用作汽車上的觀察鏡。

            兩種介質的分界面為球面的一部分,物光線經界面反射成像,這就是球面反射成像。 在球面上鍍以高反射率的膜,制成球面鏡,其成像也是球面反射成像。

           反射鏡是最常用的光學元件之一。在小型實驗室裝置、工業應用以及大型光學系統中都會使用到反射鏡。反射鏡利用反射原理來改變光的方向、聚焦和收集光。反射鏡由直接沉積在基底(比如玻璃)上的金屬膜或者介質膜組成,普通反射鏡是在玻璃后表面鍍膜。光學反射鏡的反射表面可能受到環境條件的影響。因此,選擇反射鏡時必須考慮耐久性和抗損傷性,以及反射鏡對特定波長的反射程度。本文介紹反射的基本原理,并討論反射鏡的重要光學屬性。

            反射面可以是前表面,也可以是后表面。日常生活中用的鏡子,其反射面是后表面,用于重要技術上的反射鏡,大多數的反射面是前表面。光學中平面鏡是惟一能成完善像的光學元件,它不改變光束的同心性質,經平面鏡反射后,發散的同心光束仍是發散的同心光束,會聚的同心光束仍是會聚的同心光束。

        球面反射成像

        凹面鏡的反射成像

        成像公式

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        焦距公式 

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            橫向放大率

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        物點在焦點之內,凹面鏡成虛像

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        物點在焦點之外,凹面鏡成實像 

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        凸面鏡的反射成像


            成像公式和橫向放大率公式與凹面鏡相同   

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        凸面鏡的焦點

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        凸面鏡成像光路圖

        特性

            為應用選擇合適的反射鏡需要考慮許多因素,包括反射率、激光損傷、鍍膜的穩定性、基底的熱膨脹、波前畸變、光的散射和成本。反射鏡的特性取決于光學鍍膜、基底和表面質量。鍍膜決定了鏡子的反射率和穩定性,是反射鏡最關鍵的部件。反射鏡膜通常由金屬材料或者介電材料制成。反射鏡較為常見的應用情況是光從空氣(n1 = 1)入射到材料膜層上時,由上面公式給出的反射率僅取決于材料的折射率(n2)。由于其導電性,金屬材料的折射率為復數,在很寬的波長范圍內虛部很大。這產生了對波長不敏感的高反射率,使得金屬反射鏡具有光澤外觀。金屬膜層通常由銀、金或者鋁制成,得到的反射鏡可以在很寬的光譜范圍內使用。金屬膜層相對較軟,因而容易損壞,清潔時必須特別小心。電介質膜層的反射鏡更耐用,更易于清潔,且損傷閾值更高。然而,由于其色散作用且折射率主要是實部,電介質反射鏡的反射光譜窄,通常用于 VIS 和 NIR 光譜區域。與金屬膜層相比,電介質膜層的設計具有更大的靈活性。與金屬反射鏡相比,電介質反射鏡能夠在某些光譜范圍內提供更高的反射率,并可提供定制的光譜響應。

        截圖20220818100915

            在沉積光學膜層之前,必須對基底表面進行研磨并且拋光成合適的形狀(平面或者曲面)。特定的應用需要特定的反射鏡參數,反射鏡的表面質量和平整度決定了其保真度。表面平整度通常以波長為單位,例如,在鏡子的整個可用面積上,平整度為 λ /10。當保持波前至關重要時,應該選擇平整度為 λ /10—λ /20 的反射鏡,而要求較低的應用可以選擇平整度為 λ /2—λ /5 的反射鏡,相關的成本也隨之降低。表面質量通常取決于表面上隨機局部缺陷的嚴重程度。這些通常根據“劃痕和麻點”規格來量化,例如,20-10,取值較低表示表面質量更高,因而散射更低。對于高精度表面,例如激光腔內的表面,可能需要10-5 的劃痕- 麻點規格,產生的散射光非常少。根據不規則性、表面粗糙度和外觀缺陷的表面拋光公差,使用最先進的計量設備來驗證。這些相同的參數和程序可用來評估其他光學元件(如透鏡或者窗片)的質量和平整度。

        金屬反射鏡

        金屬反射鏡是指基底上鍍金屬膜形成的反射鏡。

        應用

             1.環保檢測

             2.醫療設備

             3.高精密度光學儀器

             4.激光測距儀

             5.寬波段反射

        優勢

            1.產品壽命長

            2.對入射角和偏振態不敏感

            3.特殊工藝確保無針孔

            4.膜層牢固,通過美軍標環境試驗

        金屬反射膜

            在光學薄膜中,高反射膜和減反射膜幾乎同樣重要。高反射膜是把入射光能量大部分或幾乎全部反射回去的光學元件。有些反射鏡要求具有足夠高的反射率,而對膜的吸收率和透射率無要求,它們可以用單純的金屬膜就能滿足常用的要求。在某些應用中,如果要求的反射率高于金屬膜所能達到的數值,則可在金屬膜上加鍍額外的介質層,以提高它們反射率。還有一些反射鏡不但要求有大的反射率,而且要求有最小的吸收率,這類反射鏡多用全介質多層反射膜。

            鍍制金屬反射膜常用的材料有鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)等,它們的光譜反射率曲線表示在圖3-7上。鋁膜是從紫外區到紅外區都具有很高反射率的唯一材料,同時鋁膜表面在大氣中能生成一層薄薄的氧化鋁(AlOg)膜,起到保護膜層的功效,所以膜層比較牢固、穩定。由于上述原因,鋁膜的應用非常廣泛。銀膜在可見光區和紅外區都有很高的反射率,而且在傾斜使用時引入的偏振效應也最小。但是蒸發的銀膜用作前表面鏡鍍層時卻因下列兩個原因受到嚴重的限制∶它與玻璃基片的黏附性很差;易受到硫化物的影響而失去光澤。有人曾試圖使用蒸發的一氧化硅或氟化鎂作為保護膜,但由于它們與銀的黏附性很差,沒有獲得成功。所以通常僅用于短期作用的場合或作為后表面鏡的鍍層。金膜在紅外區的反射率很高,它的強度和穩定性比銀膜好,所以常用它作為紅外反射鏡。金膜與玻璃基片的附著性較差,為此常用鉻膜作為襯底層。如果在金膜的沉積過程中,輔之以離子束轟擊,則可顯著提高金膜與基片的附著力。

        常見金屬膜反射率曲線

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            由于多數金屬膜都比較軟,容易損壞,所以常常在金屬膜外再加鍍一層保護膜。這樣既能改進強度,又能保護金屬膜不受大氣侵蝕。鍍了保護膜后,反射鏡的反射率或多或少會有所下降,保護膜的折射率越高,反射率下降得越多。最常用的保護膜是一氧化硅,此外,氧化鋁(Al2O3)也常作為鋁保護膜。Al2O3;可以用電子束真空蒸發,或對鋁膜進行陽極氧化來制備。經陽極氧化保護的鋁鏡,機械強度非常好。

        分類:

            反射膜分為介質高反膜和金屬高反膜;

            其中金屬高反膜常見的有

            增強鋁:R>90%@400-700nm

            保護鋁:R>87%@400-1200nm

            紫外保護鋁:R>80%@250-700nm

            保護銀:R>95%@400-12000nm

            增強銀:R>98.5%@700-1100nm

            保護金:R>98%@2000-12000nm;

            金屬膜都是針對寬帶的波段,且沒有入射角限制,但反射率相對較低;相對于金屬膜,介質膜一般針對單點波長,也可以針對寬帶的波段,但在保證反射率的情況下,帶寬一般比較窄,通常在300-400nm左右,且有入射角限制,反射率通??梢宰龅?9%以上,甚至更高。例如HR@532nm,R>99.8%,AOI=45°;或者HR@400-700nm,R>99.5%,AOI=45°,當然除此之外也可以做其他單一角度或者寬入射角(如0-45°),但反射率也會有相應的變化。

        常見的幾種金屬鍍膜

            1)保護鋁:在紫外區常用的金屬薄材料是鋁,在可見光區常用鋁(和銀)

        R>88%@可見光區

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        2)保護銀,紅外區常用金、銀

        >95%可見光區

        >98%微米紅外區

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        3)保護金 :在0.65微米后的紅外光區具有非常高的反射率

        >95%0.65-2微米

        >98%2-12微米紅外光區


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        高反射膜

        金屬鏡(Metallic Mirror)

            成本較低,反射波段較寬。

            一般用于反射率要求不是特別高,但是波段很寬的應用。

            因為存在部分吸收,因此限制了其在激光領域的應用。

        全介質反射鏡(Dielectric HR coatings )

            成本較高,反射波段較窄。

            反射率可以做到很高。

            反射波段范圍有限,如加大反射波段范圍,膜層鍍制難度將提高。

            膜層較厚,應力較大,存在膜層脫落風險。

        截圖20220708140358截圖20220708140407

        鍍膜基片

            指在什么材質上鍍膜?;淄鞘褂铆h境和用途決定。常見的鍍膜基底選擇? 如氣體分析保護金多用氟化鈣基底,普通反射鏡用浮法玻璃,激光腔鏡用硅基底,紅外濾光片多用硅鍺,可見及近紅外多是玻璃,無氧銅多是鎳和金等。

            氟化鈣,氟化鋇,氟化鎂,藍寶石,鍺,硅,硫化鋅,硒化鋅,硫系玻璃,N-BK7,熔融石英等

        鍍膜材料

            附著在基底上的起到透射,反射,分光等作用的材料,可能是光學材料如硫化鋅、氟化鎂等,也可能是金屬,如鋁金等。目前成熟大批量光學鍍膜材料多是顆粒狀或是藥片狀,也有整塊晶體鍍膜靶材;金屬鍍膜材料多是絲及塊狀;基底,用途,和鍍膜指標決定用什么鍍膜材料。

        鍍膜工藝

        光學鍍膜概念及原理

            鍍膜是用物理或化學的方法在材料表面鍍上一層透明的電解質膜,或鍍一層金屬膜,目的是改變材料表面的反射和透射特性,達到減少或增加光的反射、分束、分色、濾光、偏振等要求。常用的鍍膜法有真空鍍膜(物理鍍膜的一種)和化學鍍膜。光學零件表面鍍膜后,光在膜層層上多次反射和透射,形成多光束干涉,控制膜層的折射率和厚度,可以得到不同的強度分布,這是干涉鍍膜的基本原理。

        鍍膜

        光學薄膜分類:

            增透膜:硅、鍺、硫化鋅、硒化鋅等基底較多,氟化物較為少見。

            單波長、雙波長、寬帶

            反射膜:分介質與金屬反射膜,金屬反射膜一般為鍍金加保護層。

            半反射、單波長、雙波長、寬帶

            硬碳膜 :也叫DLC膜,一般鍍在硅、鍺、硫系玻璃外表面,做保護/增透作用, 產品另一側一般要求鍍增透膜。 

            分光膜 :有些要求特定入射角情況下,可見光波段反射,紅外波段透過,多用于光譜分析中。

            45度分光片、雙色分束、偏振分束片&棱鏡

            濾光膜:寬帶、窄帶

            激光晶體膜:YAG/YV04/KTP/LBO/BBO/LIND03

            紫外膜-增透:193/248/266/308/340/355,鋁反射180-400nm 

            紅外膜:CO210.6UM/YAG2940NM/SI&GE&ZNSE&ZNS

        鍍膜工序和設備

        清洗設備:

            超聲波清洗機:指清洗和烘干一體化的,可直接裝盤鍍膜。同時這個機器必須在潔凈空間使用;

        光學鏡片的超聲波清洗技術

            在光學冷加工中,鏡片的清洗主要是指鏡片拋光后殘余拋光液、黏結劑、保護性材料的清洗;鏡片磨邊后磨邊油、玻璃粉的清洗;鏡片鍍膜前手指印、口水以及各種附著物的清洗。

            傳統的清洗方法是利用擦拭材料(紗布、無塵紙)配合化學試劑(汽油、乙醇、丙酮、乙醚)采取浸泡、擦拭等手段進行手工清擦。

        這種方法費時費力,清潔度差,顯然不適應現代規?;墓鈱W冷加工行業。這迫使人們尋找一種機械化的清洗手段來代替。于是超聲波清洗技術逐步進入光學冷加工行業并大顯身手,進一步推動了光學冷加工業的發展。

            超聲波清洗技術的基本原理,大致可以認為是利用超聲場產生的巨大作用力,在洗滌介質的配合下,促使物質發生一系列物理、化學變化以達到清洗目的的方法。

            當高于音波(28~40khz)的高頻振動傳給清洗介質后,液體介質在高頻振動下產生近乎真空的空腔泡,空腔泡在相互間的碰撞、合并、消亡的過程中,可使液體局部瞬間產生幾千大氣壓的壓強,如此大的壓強使得周圍的物質發生一系列物理、化學變化。

        工藝流程:

          鍍膜流程

        等離子增強化學氣相沉積 (PECVD):

            是借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體電離,在局部形成等離子體,而等離子體化學活性很強,很容易發生反應,在基片上沉積出所期望的薄膜。因為利用了等離子的活性來促進化學反應,PECVD可以在較低的溫度下實現

        粒子輔助


        等離子輔助氣相沉積

            目前DLC膜常用制備方法。采用射頻技術(RF-PACVD)將通入的氣體(丁烷、氬氣)離化,在極板自偏壓(負)的吸引下,帶正電的粒子向基板撞擊,沉積在基板表面。

        原理圖


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