科普 | 拆解“光之工具”：光学元件介绍（上）

光路的“导航员”

功能：反射镜通过镀膜表面反射光线，实现光路转向或聚焦。其性能取决于镀膜材料（如铝、银、金、介质膜）和表面精度（传输波前误差需达λ/14 RMS）。

• 高反射率镀膜：铝膜覆盖250 nm-10 μm波段，银膜可见光去高反射率，金膜增强红外反射率。

• 干涉型镀膜：多层介质膜（如TiO₂/SiO₂）实现99.9%反射率，用于激光谐振腔。

应用场景：

▸ 激光系统：激光光谱仪器中光路的转向。

▸ 天文望远镜：主镜（如哈勃望远镜的2.4米抛物面镜）聚焦星光。

▸ 工业检测：半导体晶圆表面缺陷检测。

光的「交通指挥官」

功能：透镜是折射镜，它由两个球面和一个透明体组成，所成的像有实像或虚像。负责光线的聚焦、发散或准直，是光谱仪的“光线调度中心”。

• 凸透镜：中央厚、边缘薄，将平行光聚焦于一点（如放大镜原理），常用于聚焦光束到探测器。

• 凹透镜：中央薄、边缘厚，发散光线（如近视眼镜），用于校正光路中的像差。

应用场景：相机镜头（捕捉清晰光学图像）、光谱仪器中光准直和聚焦镜。

技术细节：透镜的焦距由材料折射率和曲率半径决定。例如，石英透镜透紫外光，适合检测紫外光谱；玻璃透镜成本低，多用于可见光波段。

光学系统的“眼睛”

功能：物镜是光学仪器（如显微镜、望远镜）中靠近被观察物体的核心元件，负责收集并聚焦光线以形成初始图像。其工作原理基于光的折射（折射式物镜）或反射（反射式物镜）。

折射式物镜：通过透镜组折射光线，材料选择直接影响透光波段。例如，紫外物镜 需采用石英或氟化钙，以避免玻璃对紫外光的吸收。

反射式物镜：利用凹面镜反射光线，无折射色差，适用于宽光谱（如250 nm至远红外）。施瓦兹物镜（Schwarzschild Objective）是典型结构，由凸、凹球面反射镜共球心组成，常用于激光加工和红外显微镜。

分类：

光的“智能门卫”

功能：通过在玻璃基片上镀膜，选择性透过或阻挡特定波段的光，实现光谱“提纯”。从而屏蔽激发光和部分环境光等的干扰，改善信号质量。

生活应用：手机摄像头中的红外截止滤光片，阻止红外光干扰成像，从而能拍出更真实的色彩。