红光看得见，10.6μm 看不见。加工前要用红光指位置，加工时要用红外切材料。

两束光必须走同一条光路，靠一片合束镜完成。

合束镜是半反射镜：反红光，透红外。

一、为什么需要红光

CO₂ 激光的 10.6μm 处在中红外，人眼看不见。光路调没调正、焦点落在哪里，直接看是看不出来的。

红光 650nm 落在可见波段，亮度够，打在工件上能看到一个点。把红光调到与红外同轴，红点落在哪里，红外焦点就在哪里。

红光只做指示，不参与加工。它的功率在毫瓦级，打到材料上不会造成切割或打标效果。

红光可以用独立的半导体激光器，也可以用激光器自带的指示光；不管哪一种，都要与红外同轴。

所以合束镜要做的，是让一束毫瓦级的可见光与一束瓦到千瓦级的红外光，在同一片镜片上分开处理，再合成一条光路。

如果没有合束镜，红光要单独走一路，靠机械结构保证同轴；结构复杂，调校也麻烦。合束镜把两路光合成一路，后面共用镜片与场镜。

二、45° 的那片镜

合束镜装在红光与红外的交汇处，通常按 45° 入射安装。

红外光从激光器出来，穿过合束镜继续向前；红光从侧面射入，被合束镜反射，转到与红外相同的方向。

一片镜片完成两件事：对 650nm 高反，对 10.6μm 高透。膜系要同时满足两个波段，且以 45° 入射为设计条件。

镜片的反射面朝向红光一侧，透射面朝向红外一侧；装反了，红光反射率与红外透过率都会掉。

镜片两面都参与通光。红外穿过两个面，红光只在反射面起作用；两面的膜系要分别设计，不能让红光的反射膜挡住红外。

45° 是常用角度，但不是只有一个角度可用。角度一变，膜系的中心波长与偏振特性都要重算。

三、膜系怎么分光

分光靠膜系。650nm 落在可见波段，10.6μm 落在中红外，两者相差十几倍，膜层的厚度与材料可以分开设计。

红光反射膜与红外增透膜可以放在同一面，也可以分放两面；分放两面，膜层应力更好控制。

红光反射膜按 45° 入射设计，反射带覆盖 650nm；红外增透膜按 10.6μm 设计，透过带覆盖 9–11μm。

45° 入射会带来偏振分离。P 分量与 S 分量的反射率不同，红光反射率随偏振态变；对偏振敏感的系统，膜系要按偏振态修正。

膜层还要控制吸收。红光膜的吸收大一点没关系，红外膜的吸收会变成热；高功率下，吸收直接决定镜片温升。

膜层的层数与材料，决定反射带有多宽、透射带有多平。红光膜与红外膜叠在一起，层数多，应力也大。

四、两种光的能量差

红光功率毫瓦级，红外功率瓦到千瓦级。两者相差三到六个数量级。

以 100W 红外、1mW 红光为例，功率比是 10 万倍；膜层设计要优先保证红外透过，再兼顾红光反射。

合束镜对红光是反射，对红外是透射。红外穿过镜片时，膜层与基底的吸收会把一部分能量变成热。

所以合束镜的膜系，红外波段的吸收要压得低；红光波段反射率不够，只是指示点暗一点，红外吸收高了，镜片会热。

热还会改变膜层与基底的面型。面型一变，红光的反射方向与红外的透射方向都会偏，同轴度跟着变。

红外功率越高，吸收产生的热越多。镜片的热量要靠镜架与周围空气导出；散热不好，膜层先裂。

五、尺寸与镜架

口径从 12.7mm 到 150mm，厚度 2mm 与 3mm。小口径用于打标头与小型光路，大口径用于大幅面切割与光路整合。

口径选择看光斑与镜架。口径太小，光束边缘被切；口径太大，镜片重，镜架要加支撑。

镜架要能调角度。合束镜的 45° 装不准，红光与红外就不同轴；镜架要有俯仰与偏摆两向调节，调完锁紧。

镜架还要考虑热。红外功率高时，镜片与镜架都会热；镜架材料的热膨胀与镜片差太多，角度会漂。

镜架的调节机构要有足够的刚度。锁紧后角度不能漂；漂 0.1mrad，在 2m 外就是 0.2mm 的偏差。

六、同轴偏差

红光与红外同轴，靠合束镜的角度与前后光路的准直。

角度偏 1mrad，在 1m 外的工件上就是 1mm 的偏差；偏 5mrad，就是 5mm。加工幅面越大，偏差越明显。

同轴偏差还会随距离放大。红光从合束镜到工件的光程，与红外不完全相同；两束光的发散角也不同，远距离下红点会变大、变模糊。

红光的发散角通常比红外大。距离越远，红点越大，指位的边界越模糊；对位精度要求高时，红光也要先准直。

调校时先把红外光路调准，再把红光调到与红外重合；顺序反过来，红光的偏差会被红外的调整带跑。

调校要用靶纸或相纸。红光打在靶纸上是一个点，红外打在靶纸上是一个烧斑；两个点重合，才算同轴。

七、常见问题

合束镜能反过来用吗？

不能。膜系是按“反红光、透红外”设计的，反过来用，红外被反射、红光被透射，两个波段的效率都不对。反射带与透射带是成对设计的，反过来用，两个波段都落在过渡区。

红光功率大会不会影响加工？

红光只做指示，功率在毫瓦级，打到材料上不会造成加工效果。功率再大，红光膜层的吸收与热会成为问题，红点也会漂。

合束镜和分束镜有什么区别？

合束镜是分束镜的一种，区别在波长：它把 650nm 与 10.6μm 分开处理，再合成一条光路；普通分束镜只按比例分光，不区分波长。

八、规格速查

以上为常用口径与厚度，其它尺寸可按光路定制。

本文数据来源于网上公开资料和亚斯光学产品手册。