CO₂ 反射镜的四种基底：硅、钼、铜、K9

CO₂ 反射镜不透过光，只反射 10.6μm。

同样镀 HR10.6μm，基底有四种：单晶硅、钼、铜、K9 玻璃。

四种基底，四种取舍。

一、反射镜在光路里的位置

CO₂ 激光从谐振腔出来后，要先转向，再进入聚焦头。转向靠反射镜。

反射镜装在光路的拐角处，把光束折 90° 或其他角度。它不聚焦，只改变方向。

腔内反射镜也在反射镜这一类里，但它装在谐振腔内部，面对的是腔内功率密度，要求更高。

反射镜的基底不参与透光，但决定镜片能不能扛住功率、会不会热变形。

反射镜的安装角度通常是 45°，把水平光折成垂直；也有 90° 折转的镜架。

反射镜分两类：腔内反射镜与腔外反射镜。腔内的面对高功率密度，腔外的面对转向与装调。

腔外反射镜通常装在镜架上，角度可调；调完锁紧，防止振动跑偏。

镜面朝向光路，背面贴镜座；背面不镀膜，但要平整，保证贴合。

二、四种基底

单晶硅轻，密度只有 2.33 g/cm³，导热好。镜片轻，扫描头或运动机构的负载小；导热好，吸收的热散得快。

钼重，密度 10.2 g/cm³，但耐热、耐磨。高功率、多粉尘的工况，钼镜的寿命更长。

铜的导热好，密度 8.96 g/cm³。铜镜适合高功率，但铜表面容易氧化，必须镀膜保护。

K9 玻璃易加工、易镀膜，密度 2.5 g/cm³，但导热差、耐热低。低功率打标、雕刻够用，高功率不行。

单晶硅的密度低，做大口径镜时自重变形小；但硅脆，边缘不能磕。

钼的密度大，镜片重，镜架要加支撑；钼的耐热好，高功率下热变形小。

铜的导热好，适合高功率；但铜软，表面容易划，镀膜前要抛光。

K9 玻璃的光学加工成熟，坯料来源广；但导热差，高功率下热积累。

单晶硅的加工要金刚石车削或抛光；硅硬而脆，磨削时边缘易崩。

钼的加工更难，密度大、硬度高；抛光效率低，工时高。

铜的抛光要防氧化，抛光后尽快镀膜。

基底的重量也影响装调。钼镜比硅镜重四倍多，镜架与调整机构要按重量选。

三、反射率与波长

反射镜的镀膜是 HR10.6μm @0.65。

10.6μm 是工作波长，反射率要高；0.65 指 650nm 红光，反射镜要兼顾红光，方便用红光对位。

高反膜是介质膜，不是金属膜。介质膜按波长设计，10.6μm 的膜层厚，层数多；红光波段的膜层薄，叠在一起。

膜系的反射带要覆盖 10.6μm，同时让 650nm 有一定的反射。两个波段一起设计，膜层总数比单波段多。

反射率不是越高越好。高反膜在个别波长会有吸收峰；膜层设计要避开工作波长的吸收。

介质高反膜靠多层折射率交替；层数越多，反射带越宽，应力越大。

10.6μm 的膜层厚，镀膜时间长；膜层应力控制不好，镜面会翘。

双波段膜系的设计顺序：先满足 10.6μm 的高反，再在 650nm 留反射窗口。

红光反射率不需要很高，够对位就行；10.6μm 的反射率是主要指标。

膜系还要看入射角。45° 入射时，P 分量与 S 分量的反射率不同；膜系按角度设计。

四、厚度与热

小直径用 3mm，大直径用 5mm、9.5mm、10mm。口径越大，厚度越厚，刚度与热容都上去。

厚度影响热变形。镜片吸收激光，温度升高，面型变；厚镜片热容大，升温慢，但热散得也慢。

铜的导热好，热变形小；K9 的导热差，热变形大。高功率下，基底的热性质比反射率更重要。

镜座也要散热。反射镜背面与镜座接触，接触面不平，热传不出去；高功率镜座要加水冷。

厚度增加，热容增加，升温慢；但热散得也慢，稳态温度不一定低。

厚镜片的热容大，升温慢；但热阻也大，背面散热慢。薄镜片升温快，热变形快，但散热路径短。

镜片的背面要平整。背面不平，与镜座接触不良，热传不出去；高功率镜背面要研磨。

五、口径系列

口径从 D20 到 D50.8mm。

D20、D25、D25.4、D30 是小口径，用于打标头、小型光路；D38.1、D50.8 是大口径，用于切割、焊接与光路整合。

D25 与 D25.4 差 0.4mm，一个是公制，一个是 1 英寸。镜座按哪个做的，就装哪个。

口径选择看光斑。光斑小于镜面，边缘留余量；光斑接近镜面，边缘衍射与渐晕会让光斑变形。

口径越大，镜面越重，镜架的负载越大；扫描头用的反射镜，口径小、厚度薄。

大口径反射镜的镜架要能调俯仰与偏摆；角度偏 1mrad，10m 外光斑偏 10mm。

镜架的材料要与基底匹配。铝架配硅镜，热膨胀差得大；温度变了，角度会漂。

六、容易看错的两处

• 把 K9 用在高功率。K9 导热差、耐热低，高功率下热变形明显；它适合低功率打标。
• 把铜镜直接暴露。铜表面容易氧化，氧化层吸收激光；铜镜必须镀膜，不能裸用。

七、常见问题

四种基底，哪种反射率更高？

反射率由膜系决定，不由基底决定。四种基底都可以镀到 HR10.6μm；差别在热与机械性能。

单晶硅镜为什么适合高功率？

密度低、导热好，热变形小；但硅脆，装夹要防崩边。

铜镜为什么要镀膜？

铜在空气中会氧化，氧化层吸收 10.6μm；镀膜把铜与空气隔开，同时提供高反。

K9 镜能用在切割上吗？

低功率可以。高功率下，K9 导热差、耐热低，热变形会让光斑漂；切割多用水冷铜镜或硅镜。

反射镜能水冷吗？

能。背面贴水冷板，降低热变形；水冷结构要密封，漏水会污染光路。

反射镜的寿命有多长？

看膜层与工况。膜层脱落、出现烧点、反射率明显下降，就要换；没有固定的时间。

八、规格速查

以上为常用口径与基底，具体按功率与散热选。

本文数据来源于网上公开资料和亚斯光学产品手册。