告别色差焦虑！从深紫外到远红外，为什么你需要反射式显微物镜？

导语

在显微成像和激光加工领域，我们习惯了与透镜打交道。但当你需要跨越从深紫外（Deep-UV）到远红外（Far-IR）的宽光谱，或者在极宽的波段内追求零色差聚焦时，传统的折射式物镜往往会让你陷入“顾此失彼"的困境——透过率下降、焦点偏移、像质恶化。

有没有一种方案，能同时搞定宽光谱、高数值孔径（NA）且充分消除色差？

答案是肯定的。今天，我们来聊聊光学界的“万用选手"——反射式显微物镜（Reflective Objectives）。



01. 什么是反射式物镜？

The Schwarzschild Design

与由一系列玻璃透镜组成的传统折射物镜不同，反射式物镜利用镜面（Mirrors）来聚焦光线或形成图像。

经典且应用广泛的设计是双镜施瓦西（Schwarzschild）结构。

图 1：反射式物镜的结构解析

如上图所示，这种系统主要由两部分组成：

1.主镜（Primary Mirror）： 大直径，中心带孔。

2.次镜（Secondary Mirror）： 小直径，通过蜘蛛架（Spider Mount）固定位置。

这种全反射的设计，直接从物理层面规避了玻璃材料对光线的吸收和色散问题。



02. 两大核心构型：聚焦 vs 成像

Choosing the Right Configuration

在实际选型中，反射式物镜主要分为两种构型，分别对应不同的应用场景：

1. 无穷远校正型（Infinity Corrected）—— 专注聚焦

• 工作原理： 准直光（如激光束）通过主镜中心孔进入，聚焦于特定的工作距离。

• 杀手级应用： 它是聚焦宽带光源或多波长激光的经济之选。例如，当你需要聚焦一束红外（IR）或紫外（UV）激光，同时还需要一束可见光作为参考光束时，反射式物镜能确保两束光聚焦在同一点，尽数没有焦点偏移。

图 2：无限远校正反射式物镜设计

2. 有限共轭型（Finite Conjugate）—— 专注成像

• 工作原理： 这是一个“即插即用"的成像解决方案，无需额外的管镜（Tube Lens）或其他聚焦光学元件。

• 杀手级应用： 它可以直接替代传统的折射式显微物镜，提供优异的分辨率，非常适合显微成像系统升级。

图 3：有限共轭反射式物镜设计



03. 为什么要用反射式？

Benefits: Reflective vs. Refractive

如果你的应用落在可见光波段，传统透镜确实是不错的选择。但一旦超出这个范围，反射式物镜的优势就是降维打击：

• 尽致的色差校正： 由于不使用折射介质，反射式物镜在深紫外、红外以及特定激光波长下，拥有无可企及的色差校正能力。

• 宽光谱高透过率： 没有玻璃吸收光线，镀膜决定一切。通过选择合适的反射膜层，你可以轻松覆盖从UV到IR的超宽范围。

• 应用场景： FTIR（傅里叶变换红外光谱）、激光聚焦、椭圆偏振光谱测量等对色差和波前质量要求较高的领域。



04. 选型避坑指南：关注这两个参数

Critical Specifications

反射式物镜虽好，但选型时有两个独特的参数必须注意，这也是区分“普通产品"与“高性能产品"的分水岭。

1. 遮挡率（Obscuration）由于次镜位于光路中间，必然会遮挡部分光线。

• 注意： 遮挡不仅发生在次镜本身，还包括主镜的中心孔和蜘蛛架的支腿。

• 避坑： 许多厂商只标注中心遮挡，而忽略了蜘蛛架的影响。严谨的规格书（如Edmund Optics）会列出包含所有遮挡因素的总遮挡率，这对计算实际通光量至关重要。

2. 透射波前误差（Transmitted Wavefront Error）这是衡量成像质量的核心指标。

• 标准： 随着镜面制造技术的进步（如 λ/20 P-V 的表面精度），高性能的反射式物镜可以实现 ≤λ/4 P-V 的透射波前误差。

• 意义： 低波前误差意味着物镜可以达到或接近衍射极限（Diffraction Limited）。

知识点：衍射极限与艾里斑衍射极限物镜产生的最小聚焦光斑由艾里斑（Airy Disk）定义，计算公式如下：

Minimum Spot Diameter=1.22λ/NA

这意味着在波长确定的情况下，NA越大，光斑越小，分辨率越高。



结语

当你的实验受限于色差，当你的激光能量被透镜吸收，或者当你需要在极宽的光谱范围内保持一致的成像质量时，反射式物镜（Reflective Objectives） 不仅仅是一个替代品，它是通往更高精度的必经之路。

从 λ/10 RMS 的标准级到 λ/4 P-V 的高性能级，选择一款经过干涉仪严格校准的物镜，是确保实验数据可靠的第壹步。

【行动号召】

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