本文将介绍以下几个光学元件参数解释：面型不规则，光洁度，反射率/透过率，镀膜原理及参数曲线。

面型不规则度/平整度

我们一般用两个指标描述光学元件的表面规格指标，分别是面型不规则度/平整度（Surface Flatness）和表面光洁度(Surface Quality)。面型不规则度是指样品表面与理想表面之间的偏差量。

用于表征面型不规则度的参数有两种：PV和RMS值，PV（Peak to Valley）是表面的最高处与最低处的差值，RMS（Root Mean Square）是均方根值，RMS计算方式比PV计算方式所得数值更小。行业内简单面型一般用PV值表示。

利用薄膜干涉原理进行检测时，当所测试的光学样品的被测面（球面，平面或者柱面）与经过精确校准的参考面贴合在一起，通过干涉仪测量这两个面产生的空气楔的干涉条纹来判定面型的平整度。表面平滑度的偏差通常是按波纹值(λ)来测量的，一般使用632.8nm波长的光线测试。

通过绘制两条平行虚线来确定表面任何特定区域的平整度；一个在任何一条条纹的两端之间，另一个在同一条条纹的顶部。线条之间的条纹数量可用于确定平面度。下图左为实际检测下的干涉条纹状态，右为理想平面的干涉条纹状态。

图1 面型的检测示意图

一个条纹对应½的波长。平滑度为1λ，则表示一般的质量级别；平滑度为λ/4，则表示精确的质量级别；平滑度为λ/20，表示高精度的质量级别。

联合光科使用ZygoGPI-XP/D激光干涉仪对标准光学元件的面型进行检测，借助干涉仪和其他精密测试设备，确保为客户提供高质量的光学产品。

表面光洁度/质量

表面光洁度是光学零件有效通光面积表面缺陷的最大允许尺寸和定量(数量)的描述，一般用数值表示：S/D(scratch/dig)，就是我们常常看到的60-40/40-20等这样的数值。前者限制划痕的大小，后者限制麻点的大小。

一般将长宽比大于4：1的表面缺陷定于为划痕，长宽比小于4：1的定义为麻点。划痕数是以下任意数字之一：10、20、40、60或 80，这些数字是指划痕号数，数字越大划痕越明显。

麻点号数以1/100 毫米为单位。直径为0.4mm 的麻点将表示为麻点号数#40，直径为0.2mm的麻点将表示为麻点号数#20。

图2 表面划痕和麻点的检测示意图

图3 产品的参数信息列表

以联合光科某型号K9双面光学平晶为例，此产品的表面面型精度达到λ/10，表面光洁度达到40/20-60/40。

反射率/透过率

反射率R（reflectivity）,指的是入射辐射能被物体所反射（包括镜面反射和漫反射）的部分所在的比率；透射率T（transmissivity）,指的是入射辐射能穿透过物体所的部分所在的比率；吸收率A（absorptivity）,指的是入射辐射能被物体所吸收的部分所在的比率。

三者的关系为：R + T + A= 1

图4 反射折射光路图

根据菲尼耳折射反射方程，n1sinθ1=n2sinθ2；折射光束和反射光束的S分量和P分量的振幅系数计算如下：

假设入射光的以0度（垂直）入射由n1折射率到n2折射率的表面上，余弦系数都是1那么这个光束垂直和平行两个偏振分量没有区别，可以将反射率和折射率计算如下：

在光学行业，一般使用光谱曲线表达光学元件的透过率/反射率，曲线的横坐标是波长范围，纵坐标是比例数值。对于反射镜类元件，反射率光谱曲线是衡量产品性能的一个重要指标，对于滤光片类元件，透过率和截至率的光谱曲线也是非常重要的一个性能指标，而对于光学系统中的窗口，透镜，单个元件透过率越高，整个系统的成像质量就越高。

图5 某反射镜反射率曲线

图6 某窗口片透射率曲线

增透AR和增反HR原理

无论是增透还是增反镀膜技术的原理都是基于菲涅尔反射过程中，光束在膜层上下界面产生的反射光的干涉效应，如果是相消干涉那么产生的效果就是增透，如果是相长干涉那么产生的效果就是增反。为了达到更好的增透增反效果，常常采用多层镀膜技术。采用多层增透膜可将各表面的反射率降低到0.1% 以下，采用高反射介电膜可将反射率提高到99.99%以上。光学镀膜由氧化物、金属或稀土材料等薄层材料组成。光学镀膜的性能取决于层数、厚度和不同层之间的折射率差异。

增透效应AR：增透镀膜的设计原理是使在薄膜上、下边界的两个反射光束形成半个波长的相移，使两个反射光束之间发生破坏性干涉，互相抵消。以下面单层膜为例，在n0<nf<n1的情况下，由于两个反射光都有半波损失，因此只需要造成膜层内的光程差是λ/2的奇数倍数，因此光学镀膜的光学厚度必须是λ/4的奇数倍数（λ是设计波长或峰值性能的优化波长）。利用入射介质n0和基片n1的折射率可以找到抵消反射光束所需的薄膜nf的折射率。

图7 单层增透膜原理

增透膜使在设计波长（DWL）附近的窄带透过率大大提高，反射率最低点位于设计波长，且通常小于0.25%，设计波长两侧反射率又有升高形成一个V字形，这种增透膜被称为V形膜。联合光科的激光窗口镜片的镀膜曲线就是典型的V形增透膜。

图8 联合光科激光窗口片的增透镀膜曲线

增反效应HR：与增透膜同理，根据菲涅尔反射方程式，使用折射率高低相间的镀膜材料，以λ/4为膜层厚度，在每个不同介质交界面上的反射光束，在相长干涉下，最大化菲涅尔反射。相长干涉是由高折射率和低折射率材料的交替层引起的，这些膜层材料的厚度对应于设计波长的四分之一。这类λ/4厚度介质的反射镜也称为布拉格镜子。以下图5层介质膜为例，会产生R1，R2，R3，R4，R5，R6共计六个主反射光束，那么让我们分析一下这些光束的相差关系。（膜层厚度λ/4，折射率高低相间）

R1与R2光束的光程差是λ/2，R1的反射发生在光疏到光密，而R2的反射发生在光密到光疏，又会产生λ/2的相差，因此R1和R2的光束无相差。同理以此类推，从R1-R6的反射光束皆无相差，可以形成相长干涉，从而实现增反效果。

图9 多层增反膜原理

在实际应用中，激光光学元件中的反射镜一般要求很高的反射率，而多层介质增反镀膜技术就能满足这个需求，下图是联合光科某型号激光反射镜，反射率在设计波长超过99.5%。

图10 激光反射镜曲线图

本期的光学参数名词解释将几个重要的光学元件的技术术语：面型不规则，光洁度，反射率/透过率，增透AR和增反HR原理及参数进行了详细的解释。

（文章来源于联合光科）