为什么镜子只反射一段波长,而不是所有光
镜子通过让光在表面或一叠薄膜层上反射来工作,反射效果好坏取决于波长与结构的相对关系。在高对比度光栅镜子中,光栅的几何结构经过调谐,使选定的波长被强烈反射;据报道,优化后的设计实现了250纳米宽的带宽,中心波长接近2.65微米,这是垂直腔激光器使用的中红外波长[1]。这个数字是反射带的宽度,而不是整个光谱,因此同一篇论文指出该设计可以按比例调整用于其他波长[1]。
多层膜镜子让波长依赖性更加明显。它们将不同材料交替堆叠,使来自多个界面的反射叠加起来,但只对接近设计值的波长有效。一种基于铷的多层膜设计针对11.4–17纳米范围,这一波段可用于光刻和X射线天文学,作者模拟了不同层材料选择如何改变特定波长处的反射系数,例如11.4、13.5和17纳米[5]。在软X射线水窗波段,Cr/Sc多层膜在光子能量396电子伏特处实现了35%的峰值反射率,这对应那个极宽范围中很窄的一段[4]。
实际镜子到底能覆盖哪些波段?
对于日常光学应用,可见光和近红外区域是常见的工作波段。一种四镜空间相机设计覆盖可见光和近红外波长,同时保持高质量成像[3]。用于气体传感的近红外镜子在80纳米跨度内完成校准,在1531.6纳米处的有效反射率为0.9982;反射率的不确定度在该范围中心最小,在边缘较大[2]。这种模式——中间性能最好、边缘下降——是理解任何镜子波段的一个有用方式。
在更短的波长上,数字看起来就不一样了。水窗波段多层膜镜子在396电子伏特处达到35%的反射率,据称是该光谱范围内报道的最高值[4]。这远低于红外镜子接近1的反射率[2],说明即使镜子经过优化,转向极端波长也会牺牲反射率。铷多层膜的工作是理论性的,作者指出他们的碳化硼阻挡层想法仍需实验验证[5],因此其预测性能应视为设计目标,而非实测结果。
怎样看懂镜子的波长范围
当一面镜子被描述为覆盖某个范围时,有用的细节是中心波长、带宽以及反射率在该波段内的变化方式。中红外光栅镜子的250纳米带宽与2.65微米中心波长相关[1];近红外校准覆盖80纳米,中间部分不确定度最小[2]。这些是不同类型的范围——一个是设计带宽,另一个是测量跨度——所以不应把它们当作同一规格来比较。
实际经验是,镜子要与其用途匹配。可见光相机用的镜子、中红外激光器用的镜子和软X射线用的镜子基于不同原理制造,覆盖光谱中不同的片段[3][1][4]。如果你想知道某面镜子能否反射你的光,答案在于它的设计波长和带宽,而不只是“镜子”这个词。
本文引用的文献
面向中红外波段优化的Si/SiO2高对比度光栅镜子设计:稳健性提升
一种针对中红外优化的高对比度光栅镜子实现了250纳米带宽,中心波长接近2.65微米,并且可以按比例调整用于其他波长。
利用Pound-Drever-Hall信号直接读取腔增强气体传感中的镜子反射率
近红外腔镜在80纳米范围内完成校准,在1531.6纳米处的有效反射率为0.9982,且不确定度在该范围中心最小。
基于多像差评估的无遮挡四镜反射成像器起点设计方法
一种四镜反射式空间相机设计可在可见光和近红外波长下工作,并保持高质量成像。
水窗波段高反射多层膜镜子的波长计量
用于水窗波段的Cr/Sc多层膜镜子在396电子伏特处达到35%的峰值反射率,是该光谱范围内报道的最高值。
升级版铷基多层膜镜子用于11.4–17纳米波长范围的辐射
铷基多层膜镜子针对11.4–17纳米范围进行了建模,预测碳化硼层能提高反射,但仍需实验验证。
