提到反射镜，你首先想到的是不是家中的梳妆镜、衣帽镜？
今天做一个小科普带大家了解小小的镜子背后的故事。
镜子历史源远流长，几乎与人类同时诞生，早在远古时代，就有猿人以水为镜梳理自监。从现有的资料表明，早在公元前2000多年的时候我国就已经出现了铜镜；在12世纪末至14世纪初，威尼斯通过在玻璃上镀上一层水银诞生了世界上第一面玻璃镜，直到19世纪德国科学家李比希发明了镀银镜子之后，人们才逐渐用银镜代替了制作成本高、反射效果差的水银镜。
银镜的普及使得人们的日常生活变得更加明亮，然而除了这些生活中常见的平面反射镜以外，还有很多用于科学研究用的反射镜，如法布里-珀罗干涉仪中的反射腔、各类激光器中的谐振腔以及应用于特定波段的反射镜等。
随着光学的飞速发展，普通的反射镜已经无法满足精密光学仪器的需求了，于是诞生了一系列的反射镜：超级反射镜、飞秒激光用反射镜、电介质膜反射镜、镀金属膜反射镜、曲面镜等。
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超级反射镜
在进行高精度检测距离或时间的时候，经常会用到法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot Interferometer），此类反射镜的诞生就是为了提高法布里-珀罗干涉仪的性能，在实际使用的过程中，超级反射镜的反射率达到99.999%。在制作的过程中采用离子束溅射（IBS）镀膜方式，从而获得细密而无缺陷的高质量光学膜。由于基板和光学膜的散乱损失非常小，用其来构建法布里-珀罗腔，可以得到非常窄的光谱带宽和高锐度。
超级反射镜（图源：西格玛光机）
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飞秒激光用反射镜
飞秒激光用反射镜分为低分散反射镜和负分散反射镜两种。
低分散反射镜在脉宽100 fs以下的超短脉冲激光中使用的波长分散也可以做到很小，通过考虑波长分散、波长范围、激光损伤阈值的优化特殊膜系设计，可以抑制多个反射镜的反射引起的脉冲宽度变宽的影响。此类反射镜也可用于飞秒时间分辨光谱装置的光学系统或飞秒激光导入显微镜系统。需要注意的是：在光线以45°以外的角度入射时，可能无法做到波长分散补偿；P偏光与S偏光相比，反射率变低，反射谱区变窄。
负分散反射镜是用于波长分散为负的特殊反射镜，主要用于飞秒激光谐振腔的分散补偿，在谐振腔内，使光线在谐振腔内的两枚负分散反射镜之间往返数次，可以抵消谐振腔内的波长分散。需要注意的是：在使用的过程中光线入射角度需要在0°~20°之间，在其他角度入射时可能无法做到分散补偿。
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电介质膜反射镜
电介质膜反射镜根据使用用途的不同会有差异，目前主要种类有：强激光用电介质反射镜、超带宽电介质膜反射镜和入射角可变激光谱线反射镜。
a) 强激光用电介质膜反射镜主要适用于高功率，脉冲Nd-YAG激光（或Yb-YLF激光）或准分子激光的光学系统。在YAG激光器中，用作从基波（1064 nm）到4次谐波（266 nm）的反射镜，也用作ArF（193 nm），KrF（248 nm）的准分子激光的反射镜。
b) 超带宽电介质膜反射镜，这类反射镜在紫外谱区、可见光谱区和红外谱区都有着高反射率，即使是在紫外和红外谱区，也比一般金属膜反射镜要高。
c) 入射角可变激光谱线反射镜，适用于迈克尔逊干涉仪或其他需要在两面反射镜之间反复多次反射的、入射角需要小于45°的光学系统中。当入射角固定时，可用的波长范围较宽，如：TFVM-800，45°入射时，在730~900 nm波长范围，其反射率均大于99%。
04
镀金属膜反射镜
市场中较多的镀金属膜反射镜主要为铝膜反射镜、金膜反射镜和银膜反射镜。
a) 铝膜反射镜，一般是在高精度抛光的平面基板上蒸镀铝膜，这类反射镜的使用不受光线入射角的限制。根据实际使用场景的不同，加工厂商会对铝膜反射镜做出细微的差别，如：只有蒸镀铝膜的、为了防止损伤在铝膜上镀有保护膜的、为了提高在紫外波段反射率镀有保护膜的以及在平行平面基板上镀有保护膜的四种反射镜。
b) 金膜反射镜，一般应用于近红外、红外宽谱区，在制备金膜反射镜时选用导热系数高、金膜附着力强和耐热性好的硅基基底，实际使用的过程中对红外、近红外的光线反射率很高，对于没有反射的光线会被金膜全部吸收，不会透过基板。
c) 银膜反射镜，在从可见光到红外波段都有不错的反射率，与铝膜反射镜相比，在可见光到红外波段的反射率要更好一些；与电介质膜反射镜相比，不会受光线入射角的影响。在制备的时候会在银膜上再镀一层保护膜，避免氧化，增加了其使用寿命。
05
曲面镜
曲面镜是以曲面反射光线的镜子，可以是凸面镜也可以是凹面镜；多数弯曲镜子的表面形状是球面的一部分，但是在实际使用的过程中也有采用其他形状的光学曲面镜，生活中最常见的非球面反射镜就是抛物面反射镜。
凸面镜是将光线由表面朝向光源反射的曲面镜。这种镜子只能形成虚像，因为焦点F和曲率中心R两者都是在镜面内侧，实际上并不存在的虚点。物体经凸面镜所成的像永远是正立缩小的虚像。如汽车上的观后镜，置于马路拐弯处的镜子等都是用的凸面镜，相较于普通的平面镜，可以在相同的有效反射面积内观察到更多的物体。
凸面镜（图源：维基百科）
凹面镜会将反射的光线向内偏折，与凸面镜不同的是，凹面镜会因为物体与镜面本身距离不同，而呈现不同的影像。根据凹面镜的特性，其主要应用在太阳灶、台灯、雷达、手电筒以及汽车大灯等。
凹面镜（图源：维基百科）
凹面镜的成像规律（下文中物距为S，焦距为F）：
当S<F时，成正立放大的虚像；
当S=F时，像面在无穷远处，此时无法看到凹面镜所成的像；
当2F>S>F时，得到的时倒立放大的实像；
当S=2F时，此时得到的像时倒立等大的实像；
当S>2F时，得到的是倒立缩小的实像。
椭球面反射镜，此类反射镜的特点就是由任意一个焦点发出或经过该焦点的光线，经过椭球面反射镜后都会汇聚到另一个焦点。椭球面反射镜作为反射式镜头主镜的常用类型，准确、便利地引出其光轴，在镜头装调过程中是必不可少的。
椭球面反射镜（图源：西格玛光机）
结 语
随着光学仪器精度的不断提升，每一个光学元件的精度也在不断提升，反射镜只是诸多光学元件中的一种，就像诸多光学人一般，然而只有每位光学人在不断进步提高，才会共同推进光学事业的腾飞。
封面来源：
http://pic.sogou.com/d?query=反射镜&mode=1&did=7#did6
☆ END ☆
