導(dǎo)語

在顯微成像和激光加工領(lǐng)域，我們習(xí)慣了與透鏡打交道。但當(dāng)你需要跨越從深紫外（Deep-UV）到遠(yuǎn)紅外（Far-IR）的寬光譜，或者在極寬的波段內(nèi)追求零色差聚焦時，傳統(tǒng)的折射式物鏡往往會讓你陷入“顧此失彼"的困境——透過率下降、焦點偏移、像質(zhì)惡化。

有沒有一種方案，能同時搞定寬光譜、高數(shù)值孔徑（NA）且充分消除色差？

答案是肯定的。今天，我們來聊聊光學(xué)界的“萬用選手"——反射式顯微物鏡（Reflective Objectives）。

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01. 什么是反射式物鏡？

The Schwarzschild Design

與由一系列玻璃透鏡組成的傳統(tǒng)折射物鏡不同，反射式物鏡利用鏡面（Mirrors）來聚焦光線或形成圖像。

經(jīng)典且應(yīng)用廣泛的設(shè)計是雙鏡施瓦西（Schwarzschild）結(jié)構(gòu)。

圖 1：反射式物鏡的結(jié)構(gòu)解析

如上圖所示，這種系統(tǒng)主要由兩部分組成：

1.主鏡（Primary Mirror）： 大直徑，中心帶孔。

2.次鏡（Secondary Mirror）： 小直徑，通過蜘蛛架（Spider Mount）固定位置。

這種全反射的設(shè)計，直接從物理層面規(guī)避了玻璃材料對光線的吸收和色散問題。

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02. 兩大核心構(gòu)型：聚焦 vs 成像

Choosing the Right Configuration

在實際選型中，反射式物鏡主要分為兩種構(gòu)型，分別對應(yīng)不同的應(yīng)用場景：

1. 無窮遠(yuǎn)校正型（Infinity Corrected）—— 專注聚焦

• 工作原理： 準(zhǔn)直光（如激光束）通過主鏡中心孔進(jìn)入，聚焦于特定的工作距離。

• 殺手級應(yīng)用： 它是聚焦寬帶光源或多波長激光的經(jīng)濟(jì)之選。例如，當(dāng)你需要聚焦一束紅外（IR）或紫外（UV）激光，同時還需要一束可見光作為參考光束時，反射式物鏡能確保兩束光聚焦在同一點，盡數(shù)沒有焦點偏移。

圖 2：無限遠(yuǎn)校正反射式物鏡設(shè)計

2. 有限共軛型（Finite Conjugate）—— 專注成像

• 工作原理： 這是一個“即插即用"的成像解決方案，無需額外的管鏡（Tube Lens）或其他聚焦光學(xué)元件。

• 殺手級應(yīng)用： 它可以直接替代傳統(tǒng)的折射式顯微物鏡，提供優(yōu)異的分辨率，非常適合顯微成像系統(tǒng)升級。

圖 3：有限共軛反射式物鏡設(shè)計

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03. 為什么要用反射式？

Benefits: Reflective vs. Refractive

如果你的應(yīng)用落在可見光波段，傳統(tǒng)透鏡確實是不錯的選擇。但一旦超出這個范圍，反射式物鏡的優(yōu)勢就是降維打擊：

• 盡致的色差校正： 由于不使用折射介質(zhì)，反射式物鏡在深紫外、紅外以及特定激光波長下，擁有無可企及的色差校正能力。

• 寬光譜高透過率： 沒有玻璃吸收光線，鍍膜決定一切。通過選擇合適的反射膜層，你可以輕松覆蓋從UV到IR的超寬范圍。

• 應(yīng)用場景： FTIR（傅里葉變換紅外光譜）、激光聚焦、橢圓偏振光譜測量等對色差和波前質(zhì)量要求較高的領(lǐng)域。

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04. 選型避坑指南：關(guān)注這兩個參數(shù)

Critical Specifications

反射式物鏡雖好，但選型時有兩個獨特的參數(shù)必須注意，這也是區(qū)分“普通產(chǎn)品"與“高性能產(chǎn)品"的分水嶺。

1. 遮擋率（Obscuration）由于次鏡位于光路中間，必然會遮擋部分光線。

• 注意： 遮擋不僅發(fā)生在次鏡本身，還包括主鏡的中心孔和蜘蛛架的支腿。

• 避坑： 許多廠商只標(biāo)注中心遮擋，而忽略了蜘蛛架的影響。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)格書（如Edmund Optics）會列出包含所有遮擋因素的總遮擋率，這對計算實際通光量至關(guān)重要。

2. 透射波前誤差（Transmitted Wavefront Error）這是衡量成像質(zhì)量的核心指標(biāo)。

• 標(biāo)準(zhǔn)： 隨著鏡面制造技術(shù)的進(jìn)步（如 λ/20 P-V 的表面精度），高性能的反射式物鏡可以實現(xiàn) ≤λ/4 P-V 的透射波前誤差。

• 意義： 低波前誤差意味著物鏡可以達(dá)到或接近衍射極限（Diffraction Limited）。

知識點：衍射極限與艾里斑衍射極限物鏡產(chǎn)生的最小聚焦光斑由艾里斑（Airy Disk）定義，計算公式如下：

Minimum Spot Diameter=1.22λ/NA

這意味著在波長確定的情況下，NA越大，光斑越小，分辨率越高。

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結(jié)語

當(dāng)你的實驗受限于色差，當(dāng)你的激光能量被透鏡吸收，或者當(dāng)你需要在極寬的光譜范圍內(nèi)保持一致的成像質(zhì)量時，反射式物鏡（Reflective Objectives） 不僅僅是一個替代品，它是通往更高精度的必經(jīng)之路。

從 λ/10 RMS 的標(biāo)準(zhǔn)級到 λ/4 P-V 的高性能級，選擇一款經(jīng)過干涉儀嚴(yán)格校準(zhǔn)的物鏡，是確保實驗數(shù)據(jù)可靠的第壹步。

【行動號召】

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