電介質(zhì)反射鏡簡介

定義：
包含多層不同透明光學(xué)材料的反射鏡。
 
電介質(zhì)反射鏡是采用了多層不同（通常是兩種）透明光學(xué)材料得到的反射鏡（參閱電介質(zhì)涂層，薄膜涂層，干涉型涂層）。盡管兩材料界面處的菲涅爾反射系數(shù)很小（由于折射率差別很小），但是多個界面處的反射會發(fā)生相長干涉（在某一波長范圍），可以實現(xiàn)很高的反射率。簡單和常見的設(shè)計是布拉格反射鏡，其中所有的光學(xué)材料層的厚度只有設(shè)計波長的四分之一。這種設(shè)計在給定層數(shù)和給定材料的情況下，能夠得到最高的反射率。也可以設(shè)計對于不同波長具有可控制的反射性質(zhì)的二色性反射鏡。 
采用更加復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)設(shè)計可以得到一些特定的功能，例如 

1. 反射帶寬更寬 

2. 不同波長范圍具有不同的反射率值 

3. 特定的偏振性質(zhì)（非垂直入射）：薄膜偏振片，偏振分束器，非偏振分束器 

4. 邊緣濾波器，例如，長波通濾波器，高通濾波器，帶通濾波器 

5. 特制的色散性質(zhì)（例如，參閱詞條啁啾反射鏡） 

薄膜層的數(shù)目與需要的功能和涂層材料之間的折射率差密切相關(guān)。有些情況下，只需要采用較少的薄層即可，也有的情況需要大于100層介質(zhì)。 
激光器的諧振腔反射鏡基本上都是電介質(zhì)反射鏡，可以實現(xiàn)非常高的反射率，能夠>99.9%，并且其有限的反射帶寬有利于通過諧振腔的折疊式反射鏡使泵浦光通過（參閱二色性反射鏡）。考慮到該用途，二色性反射鏡也稱為激光反射鏡。 
優(yōu)化的布拉格反射鏡也稱為超反射鏡，具有更高的反射率，極限情況下甚至高于99.9999%，可以制作Q因子很高的光學(xué)諧振腔。 
電介質(zhì)反射鏡通常只能在可見光很小的光譜范圍內(nèi)具有很高的反射率，而不是像其他反射鏡（如銀反射鏡）一樣用于家用：電介質(zhì)反射鏡對可見光是透明的，并且根據(jù)視角不同顯示不同的顏色。也很難確定應(yīng)該在襯底的哪一側(cè)涂覆反射鏡涂層。 
電介質(zhì)多層反射鏡可以制作在平面和曲面上。后者情況下，反射鏡用來聚焦或散焦。例如，曲率半徑為R的凹面鏡，在正入射時焦距為R/2。曲率半徑較小時（例如，小于10 mm），涂層的均勻性和穩(wěn)定性非常重要。 

計算反射鏡性質(zhì) 
多層介質(zhì)反射鏡的反射性質(zhì)（包括色散）可以采用基于矩陣方法的模型軟件進(jìn)行計算，這時每一層介質(zhì)都可以看做2*2的復(fù)數(shù)矩陣，然后所有的矩陣相乘就可以得到整個層狀結(jié)構(gòu)的矩陣。通過該矩陣，可以計算反射和透射波的復(fù)振幅，以及結(jié)構(gòu)中的場分布。色散來自于復(fù)數(shù)反射系數(shù)和復(fù)數(shù)透射系數(shù)隨頻率的變化，它也可以根據(jù)菲涅爾方程計算得到。 
如果材料存在吸收時，需要考慮很多復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題。如何精確獲取材料的數(shù)據(jù)就是一個問題，尤其是材料的折射率與制備方法有很大關(guān)系的情況下。 
通常來講，隨著入射角度的增加，反射光譜會向更短波長處移動，這時因為波矢在垂直于反射鏡表面方向上的投影會減小。 

設(shè)計電介質(zhì)反射鏡 
有時設(shè)計電介質(zhì)反射鏡符合特定的標(biāo)準(zhǔn)很困難，例如： 

• 在不同波長處反射率不同 

• 很寬的反射范圍 

• 抗反射性質(zhì) 

• 特定的偏振性質(zhì)（非垂直入射，可參閱薄膜偏振片） 

• 特定的色散曲線 

• 對生長誤差不敏感 

符合這些要求的電介質(zhì)反射鏡只能采用數(shù)值優(yōu)化算法進(jìn)行設(shè)計，當(dāng)然也有一些分析設(shè)計方法可以滿足某些設(shè)計目標(biāo)（例如，啁啾反射鏡用作色散反射鏡）。由于設(shè)計的參數(shù)很多，因此算法存在技術(shù)難度，并且存在很多的局部最大值導(dǎo)致很難找到總體的峰值。因此有效的優(yōu)化過程需要先進(jìn)的反射鏡設(shè)計軟件，可以通過采用蒙特卡洛方法、定義多個復(fù)雜的方程（將生長誤差考慮在內(nèi)）來進(jìn)行有效的多維優(yōu)化過程。 
除了技術(shù)上的優(yōu)化問題之外，還有其它的限制因素。大多數(shù)情況下，設(shè)計需要權(quán)衡所得到的光學(xué)性質(zhì)、所需的層數(shù)和生長精度。 
更詳細(xì)的電介質(zhì)反射鏡制備方法，可參閱詞條電介質(zhì)涂層。