什么是激光光学元件？

激光光学元件 它们所服务的应用领域一样丰富光学元件 涵盖范围从光纤通信光学元件 米级望远镜镜片。它们通过几乎所有类型的光—物质相互作用来操控激光束，包括折射、反射、衍射、偏振、光谱选择性过程、非线性效应，甚至散射。

光学元件 制造同样光学元件 多种多样的工艺手段。这些工艺涵盖了从传统的研磨和抛光（包括其自动化和计算机控制的变体）到单点金刚石车削、光刻、各种成型和复制方法、全息技术，以及一系列薄膜镀膜工艺。

然而，光学元件之间存在一些共同点。首先，它们几乎无一例外地需要保持激光束的原始波前质量。这对保留激光光所特有的特性（如空间亮度和相干性）至关重要。光学元件 引入的波前畸变光学元件 系统效率，并影响激光的聚焦能力及光束轮廓的稳定性。这一问题适用于大多数应用领域，无论是材料加工、外科、显微镜、流式细胞术还是电信通信。在制造方面，要最大限度地减少波前畸变，通常需要制造表面形状高度精确光学元件 并使用均匀性极高的材料。

光学元件 还光学元件 将散射降至最低，因为散射会降低激光系统 并引入噪声。这会降低从成像到材料加工等各个环节的性能。对于高功率光学元件，将散射降至最低也是避免激光诱导损伤的关键因素。制造光学元件 的第一步，通常光学元件 制备表面粗糙度较低的元件表面。

激光光学元件 几乎总是光学元件 薄膜镀光学元件 布鲁斯特窗口是一个显著的例外。同样，这样做通常是为了提升性能。例如，大多数透射型激光光学元件 抗反射镀膜，以最大限度地提高透光率并减少杂散（鬼影）反射。 薄膜镀层通常比光学元件的基材更耐用，因此镀层也可用于保护光学表面并延长元件的使用寿命。高意 （High-Y）金刚石覆层（DOC）便是这一原理的杰出代表。

鉴于该主题涵盖范围极为广泛，本文仅对光学元件中一些最重要、最主要的类别进行概述。下文将对此进行说明，但此列表绝非详尽无遗。

镜头

透镜是一种折射透射光学元件 在一维或二维空间内聚束或发散激光。由于它们主要用于单色光，因此色差（即透镜焦距随波长变化的现象）对激光透镜而言通常不是问题。正因如此，单片透镜（即未进行色差校正的透镜）足以胜任许多光学元件 完全沿轴线光学元件 简单任务。 例如光束扩展望远镜以及聚焦和准直透镜。事实上，具有非球面形状的单片聚焦透镜，其轴上性能可基本达到衍射 （理论上可能达到的最佳性能）。

然而，在至少另外两种情况下，必然需要采用更复杂的多片式透镜系统。第一种情况是低光圈值系统（光圈值 = 透镜系统焦距/光圈）。特别是在f/3以下，大多数单片球面透镜 的性能球面透镜 显著球面透镜 衍射 。为解决这一问题，通常采用多片式球面聚焦透镜以及非球面透镜。

多元件系统的第二个应用是那些并非完全沿轴工作，而是必须覆盖特定视场的应用。F F-θ 扫描透镜就是一个例子。它需要多个元件来构建一个光学系统，该系统能够在一定角度范围内聚焦于一个平面（而非曲面），并且在视场边缘也能获得良好的聚焦光斑尺寸。

镜子

金属镀膜镜，特别是硅、铜、铝和金等金属镀膜镜，常用于反射可见光和红外激光束。 CO₂ 激光器 对于输出波长约为 10 µm 的透镜，通常使用金属基板制作反射镜，并直接使用裸露的抛光金属表面作为反射镜。金属的优势在于……金属镀膜镜 通常成本较低。

当需要更高的反射率、以实现更高的激光损伤阈值 或者需要精确控制偏振时，会采用薄膜涂层。最简单的激光线薄膜反射器通常是由折射率 交替堆叠而成的，每层厚度均为激光波长四分之一波长。通过堆叠多层此类材料，通常可轻松实现超过99.9%的反射率。

然而，此类镀膜的镜片属于相对窄带型。这意味着它只能用于激光波长 设计所针对的精确激光波长 ，而无法用于其他波长。 此外，所有薄膜镜面镀层的峰值反射率都会随入射角发生偏移。因此，设计用于0°入射角的激光线镜无法在45°时使用，反之亦然。虽然可以设计出宽带全介质（薄膜）镜，使其在更宽的波长和入射角范围内适用，但此类镜片的峰值反射率会略有降低。

分束器

分束器 光学元件 反射部分入射激光能量，并透过其余部分。这种效应可能高度依赖于偏振状态。有时这是一种缺点，但在其他情况下，人们会专门利用这一特性来分离或组合正交偏振光。

分光器也可能具有波长依赖性。在这种情况下，它可用于分离两束波长不同的同轴激光束。例如，二色性分光器会反射Nd:YAG激光器的基频波长（1064 nm），并透射其二次谐波（532 nm）。

最常见的格式分束器 分光镜分为立方体型和板型两种。立方体型分光镜由两个直角棱镜沿斜边连接而成，形成一个立方体。分光镜镀膜位于其中一个棱镜的斜边上，其余四个面通常镀有增透膜。

板式分光片是一种平面平行（或通常略呈楔形）的板状结构。分光片涂层通常位于第一表面，而第二表面则具有抗反射涂层。

立方体型和板型分束器 每种类型都有其独特的特性，这导致它们在各种应用中各有优缺点。例如，平板型分束器 它们通常更紧凑、更轻便，而且生产成本也更低。但是，当入射角不是0°时，它们会产生一个偏离主反射光束的次级反射。它们还会使透射光束发生偏移，这会使系统设计更加复杂，对准也更加困难。

立方体分束器 消除不必要的二次反射和透射光束中的任何偏移。它们通常在更宽的入射角范围内也能更好地工作。此外，制作立方体也更容易。分束器 采用对偏振不太敏感且可在更宽波长范围内工作的涂层。但立方体分束器 可能耐用性较差，对温度变化更敏感。

偏振元件

激光器 偏振光，目前已有大量不同的光学元件装置，专门用于操控、分析或利用这种偏振特性。概念上最简单的光学元件是线性偏振器。它仅允许偏振方向与特定方向一致的光通过，并阻挡任何其他偏振方向的光。线性偏振器 实现多种功能。若将其置于激光束 并旋转激光束 便会充当可变衰减器——相当于激光器的调光开关！

光学元件 激光束 偏振状态的最光学元件 激光束 四分之一波片。它们光学元件 将线性偏振光转换为圆偏振光，反之亦然。半波片则会旋转输入线性偏振光的偏振方向。随着半波片本身的物理旋转，这种旋转角度可在0°至90°之间平滑变化。

偏振旋转器和线性偏振器（或偏振分束器）可以组合成法拉第隔离器。它们是光的“单向阀”。这些装置对于防止反射光重新进入激光器尤为有用，因为反射光重新进入激光器可能会造成损坏或导致运行不稳定。法拉第隔离器在高功率激光器中非常常见。工业 激光系统。